3.24: Ендоцитоз

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5240

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

При ендоцитозі клітина охоплює частину своєї позаклітинної рідини (ЕКФ), включаючи розчинений або підвішений в ній матеріал. Частина плазматичної мембрани інвагинируется, покрита молекулами білка клатрину, і відщипується, утворюючи обмежений мембраною везикулу, званий ендосомою (рис.\(\PageIndex{1}\)).

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Ендоцитоз (IPA: [ɛndəɛsaɪˈtəɛsɪs]) - це процес, за допомогою якого клітини поглинають матеріал (молекули, такі як білки) ззовні, поглинаючи його своєю клітинною мембраною. Він використовується всіма клітинами організму, оскільки більшість важливих для них речовин полярні і складаються з великих молекул, і тому не можуть пройти через гідрофобну плазматичну мембрану. (Громадське надбання; Маріана Руїс Вільярреал леді капелюхів)

фагоцитоз

Фагоцитоз («поїдання клітин») призводить до потрапляння твердих частинок (наприклад, бактерій) з ЕКФ. Ендосома настільки велика, що її називають фагосомою або вакуоллю. Фагоцитоз виникає тільки в певних спеціалізованих клітині (наприклад, нейтрофілах, макрофагах, амебах) і виникає спорадично.

альт — Малюнок\(\PageIndex{2}\): морська свинка Фагоцит люб'язно надано доктором Робертом Дж. Нортом

Ця електронна мікрофотографія показує фагоцит морської свинки, що ковтає полістирольні намистини. Кілька намистин вже укладені в фагосоми, а інші знаходяться в процесі поглинання. Згодом фагосоми доставляють свій вміст до лізосом. Мембрани двох органел зливаються. Потрапивши всередину лізосоми, вміст фагосоми, наприклад, бактерії, що потрапляють в організм, знищується деградаційними ферментами лізосоми.

Ігри паразити грати

Фагоцитарні клітини, як макрофаги і нейтрофіли, є ранньою лінією захисту від вторгнення бактерій. Однак деякі бактерії розвинули механізми, щоб уникнути руйнування навіть після того, як вони були поглинені фагоцитами.

Приклади:

Salmonella enterica - бактерія, яка викликає харчове отруєння у людини. Потрапивши фагоцитоз, він виділяє білок, який перешкоджає злиття її фагосоми з лізосомою.
Мікобактерії (наприклад, туберкульозна паличка, яка викликає туберкульоз) використовують інший трюк.
- Коли фагосома вперше відщипується від плазматичної мембрани, вона покривається білком під назвою «TACO» (для триптофан-аспартат, що містить білок оболонки).
- Це потрібно видалити, перш ніж фагосома зможе злитися з лізосомою.
- Мікобактерії, прийняті в фагосому, здатні певним чином утримувати шерсть TACO від видалення.
- Таким чином, не відбувається злиття з лізосомами, і мікобактерії можуть продовжувати жити в цьому захищеному внутрішньоклітинному місці.

Деякі внутрішньоклітинні паразити експлуатують ендоцитоз, опосередкований рецептором, щоб пробратися в клітину-господаря. Вони еволюціонували поверхневі молекули, які служать приманковими лігандами для рецепторів на поверхні клітини-мішені. Зв'язування з цими рецепторами змушує клітину охопити паразита.

Приклади:

Вірус Епштейна-Барра (EBV). Цей вірус викликає мононуклеоз і є фактором, що сприяє розвитку лімфоми Беркітта, раку В-лімфоцитів. Він зв'язується з рецептором, присутнім на поверхні В-клітин.
Вірус грипу. Гемаглютинін на поверхні вірусу зв'язується з вуглеводом на поверхні клітини-мішені, обманюючи клітину, щоб охопити її.
Лістерія моноцитогенів. Ця харчова бактерія може бути небезпечною для людей з дефектною імунною системою, а також для вагітних жінок та їх новонароджених дітей. Він має два види поверхневих молекул, кожен ліганд для різних рецепторів на поверхні клітини-мішені.
Стрептококи пневмонії. Епітеліальні клітини, подібні до тих, що знаходяться в носоглотці, мають рецептори, які відповідають за транспортування антитіл IgA і IgM з крові до верхівкової поверхні клітини. Пневмокок зациклюється на цьому рецепторі при зворотному поїздці в клітину. Це організм, який призвів до відкриття, що гени - це ДНК.

Піноцитоз

При пиноцитозе («клітинному пиття») охоплена крапля порівняно невелика (рис.\(\PageIndex{1}\)). Пиноцитоз виникає практично у всіх клітині і безперервно.

Ця електронна мікрофотографія показує ділянку стінки капіляра (найменший з кровоносних судин). Праворуч знаходиться внутрішня частина або просвіт капіляра. Посередині знаходиться тканинний простір, що відокремлює стінку капілярів від сусідньої м'язової клітини (зліва). Добре видно невеликі вкишенях плазматичної мембрани (стрілки). Більшість з них відкриті для тканинного простору, але деякі також можна побачити на іншій стороні клітини, очевидно, що поглинає рідину зсередини капіляра. Можливо, більшість бульбашок, що стоять перед тканинним простором, не захоплюють матеріал ендоцитозом, а натомість виділяють матеріал шляхом екзоцитозу. Якщо так, то піноцитарні бульбашки, утворені на одній поверхні клітини, можуть після відшарування переміщатися через клітину на протилежну поверхню і там скидати свій вміст. Таким чином матеріали можна ефективно переміщати через капілярну стінку. Бульбашки піноцитозу на цьому зображенні представляють підтип, який називається кавеоли. Крім своєї функції при ендо- і екзоцитозі, вони також можуть служити резервуаром плазматичної мембрани. Коли клітина розширюється (наприклад, за рахунок осмотичного набухання) або розтягується, кавеоли розплющуються, забезпечуючи більше плазматичної мембрани.

Клітина, що відсмоктується в ЕКФ шляхом піноцитозу, набуває репрезентативний зразок молекул і іонів, розчинених в ЕКФ. Але клітини також мають набагато більш елегантний метод підбору критичних компонентів ECF, які можуть бути в мізерному постачанні, як ми зараз побачимо.

Рецепторно-опосередкований ендоцитоз

Деякі з інтегральних мембранних білків, які клітина виводить на своїй поверхні, є рецепторами для окремих компонентів ЕКФ (рис.\(\PageIndex{1c}\)). Наприклад, залізо транспортується в крові в комплексі до білка, званого трансферином. Клітини мають рецептори до трансферину на своїй поверхні. Коли ці рецептори стикаються з молекулою трансферину, вони щільно зв'язуються з нею. Комплекс трансферину і його рецептора потім поглинається ендоцитозом. В кінцевому підсумку залізо виділяється в цитозоль. Сильна спорідненість рецептора трансферину до трансферину (його ліганду) гарантує, що клітина отримає все необхідне їй залізо, навіть якщо трансферин представляє лише невелику частку молекул білка, присутніх в ЕКФ. Опосередкований рецептором ендоцитоз у багато тисяч разів ефективніший, ніж простий піноцитоз, дозволяючи клітині придбати необхідні макромолекули.

Рецептор ліпопротеїнів низької щільності (ЛПНЩ)

Клітини забирають холестерин шляхом рецепторно-опосередкованого ендоцитозу. Холестерин є необхідним компонентом всіх клітинних мембран. Більшість клітин можуть в міру необхідності або синтезувати холестерин, або набувати його з ЕКФ. Клітини людини отримують більшу частину свого холестерину з печінки і, якщо ваш раціон не строго "100% не містить холестерину», шляхом всмоктування з кишечника.

Холестерин є гідрофобною молекулою і досить нерозчинний у воді. Таким чином, він не може перейти від печінки та/або кишечника до клітин, просто розчинених у крові та ЕКФ. Замість нього переносять крихітні крапельки ліпопротеїдів. Найбільш поширеними носіями холестерину у людини є ліпопротеїди низької щільності або ЛПНЩ.

Частинки ЛПНЩ - це сфери, покриті одним шаром молекул фосфоліпідів з їх гідрофільними головками, що піддаються впливу водянистої рідини (наприклад, крові) та їх гідрофобними хвостами, спрямованими всередину. Близько 1500 молекул холестерину (кожна пов'язана з жирною кислотою) займають гідрофобну внутрішню частину частинок ЛПНЩ. Одна молекула білка під назвою аполіпопротеїн B (ApoB) оголюється на поверхні кожної частинки ЛПНЩ.

Перший крок у придбанні частинок ЛПНЩ полягає в тому, щоб вони зв'язувалися з рецепторами ЛПНЩ, що піддаються впливу на поверхні клітин. Ці трансмембранні білки мають ділянку, який розпізнає і зв'язується з аполіпопротеїном В на поверхні ЛПНЩ. Частина плазматичної мембрани зі зв'язаним ЛПНЩ інтерналізується ендоцитозом. Падіння рН (від ~ 7 до ~ 5) змушує ЛПНЩ відокремлюватися від його рецептора. Потім везикула розщеплюється на два менших бульбашки: один містить вільні ЛПНЩ; інший містить тепер порожні рецептори. Везикула з ЛПНЩ зливається з лізосомою, утворюючи вторинну лізосому. Потім ферменти лізосоми вивільняють вільний холестерин в цитозол. Везикула з незайнятими рецепторами повертається до плазматичної мембрани і зливається з нею, вивертаючись назовні так (екзоцитоз). Таким чином рецептори ЛПНЩ повертаються на поверхню клітини для повторного використання.

Люди, які успадковують два дефектних (мутантних) гени для рецептора ЛПНЩ, мають рецептори, які погано функціонують або зовсім не функціонують. Це створює надмірно високий рівень ЛПНЩ у їх крові і привертає їх до атеросклерозу та інфарктів. Недуга називається сімейної (тому що передається у спадок) гіперхолестеринемією.

Мутації в APOB, гені ApoB, викликають іншу форму успадкованої гіперхолестеринемії.

Інші малі гідрофобні молекули також транспортуються в крові, зв'язуючись з розчинними білками:

ретиноїдний вітамін А (ретинол), пов'язаний з білком, що зв'язує ретинол
стероїди
- 25 [ОН] вітамін D ₃ пов'язаний з білком, що зв'язує вітамін D
- кортизол, пов'язаний з глобуліном, що зв'язує кортикостероїд
- Тестостерон і естрогени, пов'язані з глобуліном, що зв'язує статевий гормон

Зростає кількість доказів того, що, як і холестерин, вони приймаються в клітину за допомогою рецепторно-опосередкованого ендоцитозу.

Ендоцитоз видаляє ділянки плазматичної мембрани і забирає їх всередину клітини. Щоб утримуватися в рівновазі, мембрану необхідно повернути на плазмову мембрану. Це відбувається шляхом екзоцитозу.