5.4: Насипний транспорт

Last updated
Save as PDF

Page ID: 1702

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

Навички для розвитку

Опишіть ендоцитоз, включаючи фагоцитоз, піноцитоз та рецепторно-опосередкований ендоцитоз
Зрозумійте процес екзоцитозу

Крім переміщення малих іонів і молекул через мембрану, клітинам також потрібно видаляти і приймати більші молекули і частинки (приклади див. таблицю\(\PageIndex{1}\)). Деякі клітини навіть здатні охопити цілі одноклітинні мікроорганізми. Можливо, ви правильно висунули гіпотезу, що поглинання та вивільнення великих частинок клітиною вимагає енергії. Велика частинка, однак, не може пройти через мембрану, навіть з енергією, що постачається клітиною.

ендоцитоз

Ендоцитоз - це тип активного транспорту, який переміщує частинки, такі як великі молекули, частини клітин і навіть цілі клітини, в клітину. Існують різні варіації ендоцитозу, але всі мають загальну характеристику: Плазмова мембрана клітини інвагінує, утворюючи кишеню навколо цільової частинки. Кишеню відщипується, в результаті чого частинка міститься в новоствореному внутрішньоклітинному бульбашці, утвореному з плазматичної мембрани.

фагоцитоз

Фагоцитоз (умова «поїдання клітин») - це процес, за допомогою якого клітина приймає великі частинки, такі як клітини або відносно великі частинки. Наприклад, коли мікроорганізми вторгаються в організм людини, тип лейкоцитів, який називається нейтрофілом, видалить загарбників через цей процес, оточуючи і поглинаючи мікроорганізм, який потім руйнується нейтрофілом (рис.\(\PageIndex{1}\)).

На цій ілюстрації показана плазмова мембрана, що утворює кишеню навколо частинки в позаклітинній рідині. Мембрана згодом охоплює частинку, яка потрапляє в пастку вакуолі. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): При фагоцитозі клітинна мембрана оточує частинку і поглинає її. (кредит: Маріана Руїс Вільярреал)

При підготовці до фагоцитозу частина зверненої всередину поверхні плазматичної мембрани покривається білком під назвою клатрін, який стабілізує цю ділянку мембрани. Покрита частина мембрани потім виходить від тіла клітини і оточує частинку, врешті-решт огороджуючи її. Після того, як бульбашка, що містить частинку, укладена всередині клітини, клатрин від'єднується від мембрани і бульбашка зливається з лізосомою для розпаду матеріалу в новоутвореному відділенні (ендосомі). Коли були витягнуті доступні поживні речовини з деградації бульбашкового вмісту, новоутворена ендосома зливається з плазматичною мембраною і вивільняє її вміст у позаклітинну рідину. Ендосомна мембрана знову стає частиною плазматичної мембрани.

Піноцитоз

Варіація ендоцитозу називається пиноцитозом. Це буквально означає «пиття клітин» і було названо в той час, коли припущення полягало в тому, що клітина цілеспрямовано приймала позаклітинну рідину. Насправді це процес, який приймає молекули, в тому числі і воду, яка необхідна клітині з позаклітинної рідини. Піноцитоз призводить до набагато меншого бульбашки, ніж робить фагоцитоз, і бульбашку не потрібно зливатися з лізосомою (рис.\(\PageIndex{2}\)).

На цій ілюстрації показана плазмова мембрана, що утворює кишеню навколо рідини в позаклітинній рідині. Мембрана згодом поглинає рідину, яка потрапляє в пастку вакуолі. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): При піноцитозі клітинна мембрана інвагінується, оточує невеликий обсяг рідини і відщипується. (кредит: Маріана Руїс Вільярреал)

Різновид піноцитоза називається потоцитозом. У цьому процесі використовується білок покриття, званий кавеолін, на цитоплазматичній стороні плазматичної мембрани, який виконує аналогічну з клатрином функцію. Порожнини в плазматичній мембрані, що утворюють вакуолі, мають на додаток до кавеоліну мембранні рецептори і ліпідні плоти. Вакуолі або везикули, утворені в кавеолах (сингулярна кавеола), менші, ніж у піноцитозу. Потоцитоз використовується для введення малих молекул в клітину та транспортування цих молекул через клітину для їх вивільнення на іншій стороні клітини, процес, який називається трансцитозом.

Рецепторно-опосередкований ендоцитоз

Цільова варіація ендоцитозу використовує рецепторні білки в плазматичній мембрані, які мають специфічну спорідненість зв'язування до певних речовин (рис.\(\PageIndex{3}\)).

На цій ілюстрації показана частина плазматичної мембрани, яка покрита клатрином на цитоплазматичній стороні і має рецептори на позаклітинній стороні. Рецептори зв'язують речовину, потім відщипують, утворюючи везикулу. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): При рецепторно-опосередкованому ендоцитозі поглинання речовин клітиною націлене на єдиний тип речовини, що зв'язується з рецептором на зовнішній поверхні клітинної мембрани. (кредит: модифікація роботи Маріани Руїс Вільярреал)

При рецепторно-опосередкованому ендоцитозі, як і при фагоцитозі, клатрин прикріплюється до цитоплазматичної стороні плазматичної мембрани. Якщо поглинання сполуки залежить від опосередкованого рецептором ендоцитозу і процес неефективний, матеріал не буде видалений з тканинних рідин або крові. Натомість він залишиться в цих рідинях і збільшиться в концентрації. Деякі захворювання людини викликані збоєм рецепторно-опосередкованого ендоцитозу. Наприклад, форма холестерину під назвою ліпопротеїдів низької щільності або ЛПНЩ (також називається «поганим» холестерином) видаляється з крові за допомогою рецепторно-опосередкованого ендоцитозу. При генетичному захворюванні людини сімейної гіперхолестеринемії рецептори ЛПНЩ дефектні або відсутні повністю. Люди з цим станом мають небезпечний для життя рівень холестерину в крові, оскільки їх клітини не можуть очистити частинки ЛПНЩ з крові.

Хоча рецепторно-опосередкований ендоцитоз призначений для того, щоб принести в клітину специфічні речовини, які зазвичай знаходяться в позаклітинній рідині, інші речовини можуть отримати потрапляння в клітину на тому ж місці. Віруси грипу, дифтерії та токсин холери мають ділянки, які перехресно реагують із нормальними сайтами зв'язування рецепторів та отримують потрапляння в клітини.

Посилання на навчання

Відео\(\PageIndex{1}\): Дивіться рецепторно-опосередкований ендоцитоз у дії та натисніть на різні частини для цілеспрямованої анімації.

Екзоцитоз

Зворотний процес переміщення матеріалу в клітину - це процес екзоцитозу. Екзоцитоз - протилежність розглянутим вище процесам в тому, що його метою є вигнання матеріалу з клітини в позаклітинну рідину. Відпрацьований матеріал обволікається мембраною і сплавляється з внутрішньою частиною плазматичної мембрани. Це злиття відкриває мембранозну оболонку на зовнішній стороні клітини, і відпрацьований матеріал виганяється в позаклітинний простір (рис.\(\PageIndex{4}\)). Інші приклади клітин, що вивільняють молекули за допомогою екзоцитозу, включають секрецію білків позаклітинного матриксу та секрецію нейромедіаторів у синаптичну щілину синаптичними везикулами.

На цій ілюстрації показані бульбашки, що зливаються з плазматичною мембраною і вивільняють їх вміст у позаклітинну рідину. — Малюнок\(\PageIndex{4}\): При екзоцитозі бульбашки, що містять речовини, зливаються з плазматичною мембраною. Потім вміст вивільняється на зовнішню частину клітини. (кредит: модифікація роботи Маріани Руїс Вільярреал)

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Способи транспортування, Енергетичні вимоги та види матеріалів, що транспортуються.
Транспортний метод	Активний/пасивний	Перевезений матеріал
Дифузія	Пасивний	Маломолекулярний матеріал
Осмос	Пасивний	Вода
Спрощений транспорт/дифузія	Пасивний	Натрій, калій, кальцій, глюкоза
Первинний активний транспорт	Активний	Натрій, калій, кальцій
Вторинний активний транспорт	Активний	Амінокислоти, лактоза
фагоцитоз	Активний	Великі макромолекули, цілі клітини або клітинні структури
Піноцитоз і потоцитоз	Активний	Малі молекули (рідини/вода)
Рецепторно-опосередкований ендоцитоз	Активний	Велика кількість макромолекул

Резюме

Активні способи транспортування вимагають безпосереднього використання АТФ для палива транспорту. Великі частинки, такі як макромолекули, частини клітин або цілі клітини, можуть бути охоплені іншими клітинами в процесі, який називається фагоцитозом. При фагоцитозі частина мембрани інвагінується і обтікає частинку, врешті-решт відщипуючи і залишаючи частинку, повністю закриту оболонкою плазматичної мембрани. Вміст везикул розщеплюється клітиною, причому частинки або використовуються як їжа, або відправляються. Піноцитоз - подібний процес в менших масштабах. Плазмова мембрана інвагінується і відщипується, виробляючи невелику оболонку рідини ззовні клітини. Піноцитоз імпортує речовини, які потрібні клітині з позаклітинної рідини. Клітина виганяє відходи подібним, але зворотним чином: вона штовхає мембранну вакуоль до плазматичної мембрани, дозволяючи вакуолі зливатися з мембраною і включити себе в структуру мембрани, випускаючи її вміст на зовнішній вигляд.

Глосарій

кавеолін: білок, який покриває цитоплазматичну сторону плазматичної мембрани і бере участь в процесі оновлення рідини потоцитозом

клатрін: білок, який покриває поверхню плазматичної мембрани, звернену всередину, і сприяє формуванню спеціалізованих структур, таких як покриті ями, для фагоцитозу

ендоцитоз: тип активного транспорту, який переміщує речовини, включаючи рідини і частинки, в клітину

екзоцитоз: процес пропускання сипучого матеріалу з осередку

піноцитоз: варіація ендоцитозу, яка імпортує макромолекули, необхідні клітині з позаклітинної рідини

потоцитоз: варіація піноцитозу, яка використовує інший білок покриття (кавеолін) на цитоплазматичній стороні плазматичної мембрани

рецепторно-опосередкований ендоцитоз: варіація ендоцитозу, яка передбачає використання специфічних зв'язуючих білків в плазматичній мембрані для конкретних молекул або частинок, і покритих клатрином ямок, які стають вкритими клатрином везикулами