Часть 3 (1129751), страница 103
Текст из файла (страница 103)
В отдельной транспортнойсистеме доставки резидентных лизосомальных мембранных белков из транссети Гольджи используются клатриновые пузырьки.13.4. Транспорт в клетку из плазматической мембраны:эндоцитозПути, ведущие внутрь с поверхности клетки в лизосомы, начинаются с процесса эндоцитоза, с помощью которого клетки захватывают макромолекулы и диспергируют вещества, а в особых случаях даже целые клетки.
В ходе этого процессапоглощаемое вещество постепенно окружается небольшим участком плазматическоймембраны, которая сначала изгибается, а затем отшнуровывается с образованиемэндоцитозного пузырька, содержащего поглощенное вещество или частицу. Различают два основных вида эндоцитоза в зависимости от размера образовывающихсяэндоцитозных пузырьков. При фагоцитозе (от греч. «фагос» — пожирать и «цитос» — клетка) захватываются крупные частицы в составе больших пузырьков, нося-Глава 13. Внутриклеточный везикулярный транспорт 1329щих название фагосом (обычно > 250 нмв диаметре).
При пиноцитозе (от греч.«пинос» — пить и «цитос» — клетка)поглощаются жидкости и растворенныевещества в маленьких пиноцитозныхпузырьках (около 100 нм в диаметре).Большинство эукариотических клеток непрерывно поглощают жидкости и растворенные в них вещества путем пиноцитоза;крупные частицы наиболее эффективнозахватываются специализированнымифагоцитирующими клетками.13.4.1. Специализированныефагоцитирующие клетки способны поглощать крупные частицыФагоцитоз — это особая форма эндоцитоза, при которой клетки используют крупные эндоцитозные пузырьки —фагосомы — для поглощения большихчастиц, например микроорганизмови мертвых клеток. У простейших фагоцитоз является одной из форм питания:крупные частицы, захваченные фагоцитозом, в конце концов оказываются в лизосомах, а продукты последующего процесса пищеварения выводятся в цитозольи используются в качестве пищи.
Однако в многоклеточных организмах тольконекоторые клетки способны столь эффективно поглощать такие крупные частицы.В кишечнике животных, например, частицы пищи расщепляются за счет внеклеточных процессов и клетки импортируют уже маленькие продукты гидролиза.Назначение фагоцитоза у большинства животных заключается не в питании,и он протекает, в основном, в специализированных клетках, так называемыхпрофессиональных фагоцитах.
У млекопитающих выделяют два класса белыхклеток крови, выполняющих роль профессиональных фагоцитов, — макрофагии нейтрофилы. Эти клетки развиваются из гемопоэтических стволовых клеток(обсуждаемых в главе 23) и поглощают попадающие в организм микроорганизмы,защищая нас от инфекции. Макрофаги также играют важную роль в удалениистарых клеток и клеток, погибших в результате апоптоза (см. главу 18).
В количественном отношении избавление от старых и мертвых клеток является наиболееважной их функцией: например, наши макрофаги каждый день фагоцитируютболее 1011 старых красных клеток крови.Если эндоцитозные пузырьки, участвующие в пиноцитозе, малы и однородныпо размеру и форме, то диаметр фагосом определяется размером поглощенной частицы, и они могут быть почти такими же большими, как сама фагоцитирующаяклетка (рис. 13.46).
Внутри клетки фагосомы сливаются с лизосомами, и захваченное вещество деградирует. Все неперевариваемые вещества останутся в лизосомахв форме остаточных телец, которые затем могут быть выделены клеткой путемэкзоцитоза, как мы обсуждали ранее. Некоторые внутренние компоненты плазматической мембраны никогда не достигают лизосом, поскольку они забираются1330Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 13.46. Фагоцитоз макрофагом.
Полученная сканирующимэлектронным микроскопом микрофотография мышиного макрофага, фагоцитирующего две химически модифицированныекрасные клетки крови. Красные стрелки указывают на дватонких отростка (псевдоподии) макрофага, которые петлей окружают эритроциты. (С любезного разрешения Jean Paul Revel.)из фагосомы в транспортных пузырьках и возвращаются в плазматическую мембрану.Перед фагоцитозом частицы должны связаться с поверхностью фагоцита. Однако не все связавшиеся частицы поглощаются. На поверхностифагоцитов расположено множество рецепторов,которые функционально связаны с фагоцитирующим аппаратом клетки. Фагоцитозявляется инициируемым процессом. Следовательно, для его протекания необходимаактивация рецепторов, передающих сигналы внутрь клетки и запускающих ответ.Пиноцитоз, наоборот, является конститутивным процессом.
Он происходит постоянно, вне зависимости от нужд клетки. Наиболее охарактеризованными инициаторамифагоцитоза являются антитела, которые защищают нас путем связывания с поверхностью микроорганизмов с образованием оболочки, которая обнажает концевойучасток каждой молекулы антител. Этот концевой участок называется Fc-фрагментом(от англ. Fragment crystallyzable — фрагмент, способный к кристаллизации; см.главу 25).
Оболочка антител узнается специфическими, расположенными на поверхности макрофагов и нейтрофилов рецепторами Fc, связывание с которымизаставляет фагоцитирующую клетку выпустить псевдоподии. Затем псевдоподииокружают частицу и сливаются своими кончиками с образованием фагосомы(рис. 13.47, а). Локальная полимеризация актина, инициируемая Rho-семействомGTPаз и активирующих их белков Rho-GEF (см. главы 15 и 16), определяет формупсевдоподий. Активная GTPаза Rho включает киназную активность локальныхPI-киназ, и начальная полимеризация актина происходит в ответ на накоплениев мембране PI(4,5)P2 (см. рис. 13.11).
Для замыкания фагосомы и захвата частицыпроисходит деполимеризация актина в его основании, по мере того как PI(4,5)P2подвергается действию PI 3-киназы, превращающей его в PI(3,4,5)P3. PI(3,4,5)P3необходим для замыкания фагосомы и, возможно, также вносит вклад в перестройку актиновой сети, участвующей в инвагинации формирующейся фагосомы(рис. 13.47, б).
Таким образом, упорядоченный синтез и поглощение специфическихфосфоинозитидов направляют последовательные этапы образования фагосом.Охарактеризовано еще несколько классов рецепторов, запускающих фагоцитоз.Некоторые из них узнают компоненты комплементов, которые совместно с антителами направляют микробов на разрушение (см. главу 24).
Другие напрямую узнаютолигосахариды на поверхности определенных микроорганизмов. Еще один классузнает клетки, погибшие в результате апоптоза. У апоптических клеток исчезаетасимметрия распределения фосфолипидов плазматической мембраны. В результате отрицательно заряженный фосфатидилсерин, который в норме располагаетсяв цитоплазматическом монослое липидного бислоя, оказывается снаружи клетки,где он способствует инициации фагоцитоза мертвой клетки.Удивительно, но макрофаги также фагоцитируют разнообразные частицыне живого происхождения, например стекло или латексные шарики и асбестовыеГлава 13. Внутриклеточный везикулярный транспорт 1331Рис. 13.47. Изменение формы плазматической мембраны нейтрофила в процессе фагоцитоза.
(а) Электронная микрофотография нейтрофила, фагоцитирующего делящуюся бактерию. (б) Вытягивание псевдоподий и образование фагосомы происходят за счет полимеризации и перестройки актина, которыезависят от накопления в мембране формирующейся фагосомы специфических фосфоинозитидов. (а,фотография получена Dorothy F. Bainton, Phagocytic mechanisms in Health and Disease. New York: Intercontinental Medical Book Corporation, 1971.)волокна, но при этом не фагоцитируют живые животные клетки. По-видимому,животные клетки несут сигнал «не ешь меня» в форме поверхностных белков,связывающихся с ингибиторными рецепторами на поверхности макрофагов.
Ингибиторные рецепторы рекрутируют тирозинфосфатазы, которые служат антагонистами внутриклеточных процессов сигнализации, необходимых для инициациифагоцитоза. Таким образом, они локально ингибируют процесс фагоцитоза. Из всеговышесказанного можно заключить, что фагоцитоз, как и многие другие клеточныепроцессы, зависит от баланса между положительными сигналами, активирующимипроцесс, и негативными сигналами, его ингибирующими. Считается, что апоптозныеклетки приобретают сигнал «съешь меня» (например, расположенный снаружиклетки фосфатидилсерин) и теряют сигнал «не ешь меня», что приводит к их быстрому фагоцитозу макрофагами.13.4.2. Пиноцитозные пузырьки образуются на плазматическоймембране из окаймленных ямокПрактически все эукариотические клетки непрерывно поглощают участкисвоей плазматической мембраны в форме маленьких пиноцитозных (эндоцитозных) пузырьков, которые затем возвращаются на поверхность клетки. Скорость,с которой происходит интернализация плазматической мембраны в таком процессе1332Часть IV.
Внутренняя организация клеткипиноцитоза, варьирует от клетки к клетке, но обычно она удивительно велика. Макрофаг, например, поглощает за час 25 % объема своего жидкого содержимого. Этоозначает, что каждую минуту он поглощает 3 % своей плазматической мембраны,или 100 % за полчаса. Фибробласты эндоцитируют с более низкой скоростью (1 %их плазматической мембраны в минуту), тогда как у некоторых амеб этот процесспротекает еще быстрее. Поскольку площадь поверхности клетки и ее объем остаются неизменными, очевидно, что мембрана, удаляемая при эндоцитозе, в том жеобъеме добавляется к поверхности клетки в противоположно направленном процессеэкзоцитоза.
В этом смысле эндоцитоз и экзоцитоз являются взаимосвязаннымипроцессами, вместе составляющими эндоцитозно-экзоцитозный цикл. Особенноплотное сопряжение между экзоцитозом и эндоцитозом свойственно специализированным структурам, характеризующимся высоким оборотом мембраны, напримернейронным синапсам.Эндоцитическая часть цикла часто начинается в окаймленных клатриновых ямках. Эти специализированные участки обычно занимают около 25 % всейплощади плазматической мембраны. Время жизни этих окаймленных ямок невелико: примерно через минуту после образования они выгибаются внутрь клеткии отшнуровываются в форме клатриновых пузырьков (рис. 13.48). По оценкам,за минуту плазматическую мембрану фибробластов в культуре покидает около2 500 клатриновых пузырьков.
Окаймленные везикулы живут еще меньше, чемокаймленные ямки: через секунды после образования они теряют свою оболочкуи могут слиться с ранними эндосомами. Поскольку в клатриновых пузырьках впроцессе их инвагинации для образования окаймленных везикул оказывается внеклеточная жидкость, любое растворенное в ней вещество интернализуется. Этотпроцесс называется эндоцитозом жидкой фазы.Рис. 13.48. Образование клатриновых пузырьков из плазматической мембраны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
