17.4: Ендоцитоз і екзоцитоз

Last updated
Save as PDF

Page ID: 6131

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

Ендоцитоз - це механізм інтерналізації великих позаклітинних молекул (наприклад, білків), нерозчинних частинок або навіть мікроорганізмів. Три основні типи екзоцитозу - фагоцитоз, піноцитоз і рецепторно-опосередкований ендоцитоз. Пиноцитоз неспецифічний. Фагоцитоз націлений на великі структури (наприклад, бактерії, частинки їжі...) і не є особливо специфічним. Як випливає з назви, опосередкований рецептором ендоцитоз специфічний для речовин, розпізнаваних рецептором поверхні клітин. Екзоцитоз - це, як правило, секреція великих молекул. Це можуть бути білки та глікопротеїни, такі як травні ферменти та багато пептидів/поліпептидних гормонів, кожен з яких повинен вийти з клітини або до позаклітинної рідини або циркуляції. Екзоцитотичні шляхи також доставляють мембранні білки, зроблені в клітині, на поверхню клітини.

А. ендоцитоз

Різні форми ендоцитозу проілюстровані на наступній сторінці.

1. Фагоцитоз (зверху зліва): фагоцити розширюють псевдоподію шляхом мембранної евагінації. Псевдоподії амеби (і амебоїдних клітин взагалі) поглинають частинки їжі, які потрапляють у травні везикули (фагосоми) всередині цитозолу. Фагоцити - це клас лейкоцитів, які є частиною нашої імунної системи. Вони поглинають сторонні частинки, які необхідно вивести з організму. Лізосома зливається з фагосомою, після чого активується збережений гідролітичний фермент. Результатом стає перетравлення поглинутих частинок. Фагоцитоз починається при контакті між зовнішньою поверхнею клітини і цими частинками. Основними видами ендоцитозу є фагоцитоз, піноцитоз і рецепторно-опосередкований ендоцитоз, показаний нижче.

2. Піноцитоз (вище центру): піноцитоз - це неспецифічне, більш-менш постійне відщемлення дрібних бульбашок, які поглинають позаклітинну рідину, що містить розчинні речовини; вони занадто малі, щоб включати значні частинки.

3. Рецепторно-опосередкований ендоцитоз (вгорі праворуч): цей вид ендоцитозу спирається на спорідненість рецепторів до специфічних позаклітинних речовин. Після зв'язування їх лігандів рецептори агрегуються в диференційованих областях клітинної мембрани, які називаються покритими ямами. Потім покриті ямки інвагінують і відщипують, утворюючи покриту везикулу, тим самим приносячи їх позаклітинний вміст в клітину. Після того, як покриті бульбашки доставляють свій вміст до своїх клітинних напрямків, бульбашкові мембрани переробляються в плазматичну мембрану. Рецепторно-опосередкований ендоцитоз є, мабуть, найкращим зрозумілим механізмом приведення більших речовин в клітини. Наведені нижче малюнки взяті з серії електронних мікрофотографій, які ілюструють інвагінацію покритих ям з утворенням бульбашок, покритих клатрином. Білки рецептора і оболонки добре видно як більші структури на внутрішніх поверхнях ям і на зовнішніх поверхнях бульбашок, покритих клатрином.

Дивіться, як флуоресцентно мічені білки потрапляють в клітини за допомогою рецептора опосередкованого ендоцитозу в прямому ефірі, слідуючи за яскравими плямами у відеоциклі при ендоцитозі, опосередкованому рецептором. Клатрін, великий білок, є основним білком на поверхні інвагінованої покритої ями. Клатрін пов'язаний зі специфічними інтегральними мембранними білками через адаптерний білок 1 (AP1). AP1 набирає конкретні вантажні білки, щоб принести в клітину, коли покриті ями інвагінують. Деякі деталі рецепторно-опосередкованого ендоцитозу проілюстровані нижче.

На ілюстрації речовини, що підлягають інтерналізації, пов'язані зі своїми рецепторами клітинної мембрани. Потім рецептори скупчуються, утворюючи покриту яму. За сприяння динамін білка (GTpase), покриті ями інвагінація. Остаточне защемлення покритого бульбашки вимагає гідролізу GTP (не показано).

Після інтерналізації, покриті везикули втрачають свій клатрин і пов'язану з ним адаптерну білкову оболонку. Непокритий бульбашка зливається з ранньою ендосомою, утворюючи сортувальний везикулу (тобто пізню ендосому). Сортуючі везикули відокремлюють імпортований вміст від рецепторів, які переробляються на мембрану. У везикулі, яка залишилася, тепер лізосома, травні ферменти каталізують гідроліз вмісту бульбашок. Потім продукти перетравлення випускаються для клітинного використання.

Відомим прикладом рецепторно-опосередкованого ендоцитозу є поглинання холестерину, пов'язаного з ліпопротеїнами низької щільності (ЛПНЩ), комплексом фосфоліпідів, білка і холестерину, проілюстрованим нижче.

Єдиний комплекс ЛПНЩ несе цілих 15 000 молекул холестерину. ЛПНЩ, який іноді називають «поганим холестерином», не є корисним для вас на високих рівнях. З іншого боку, ліпопротеїди високої щільності (ЛПВЩ) - це «хороший холестерин». Коли людина стає старше, важливо стежити за співвідношенням ЛПВЩ/ЛПНЩ; чим вище, тим краще!

Б. екзоцитоз

Підтримка розміру або об'єму клітин, здається, є вбудованим компонентом апарату рецепторно-опосередкованого ендоцитозу, який врівноважує ендоцитоз з мембранною рециркуляцією. Однак екзоцитоз необхідний і для відновлення плазматичної мембрани, інтерналізованої піноцитозом і фагоцитозом, і для усунення клітинних продуктів життєдіяльності. Екзоцитоз також є кінцевою точкою складного процесу упаковки білків, призначених для секреції або для введення в саму мембрану. Шляхи екзоцитозу та ендоцитозу мають спільні риси, як показано на наступній сторінці.

Відзначимо, що утворення як лізосом, так і видільних бульбашок починається в грубому ендоплазматичному ретикулумі з подальшим проходженням і дозріванням через бульбашки Гольджі. Хоча ендоцитотичні бульбашки та секреційні бульбашки утворюються в «протилежних напрямках», вони обидва мають спільні структурні особливості з плазматичною мембраною, з якої вони походять і з якою вони зливаються (відповідно).

У таблиці на наступній сторінці перераховані деякі репрезентативні білки, упаковані для секреції або призначені для проживання в клітинних мембранах.

Гормони	Білки імунної системи	Нейромедіатори	Інше
Інсулін	IgG (імуноглобулін G, клас циркулюючих антитіл)	ацетилхолін	EGF (Епідермальний фактор росту)
Гормон росту	IgM та інші антитіла клітинної мембрани		NGF (нейронний фактор росту)
ФСГ (фолікулостимулюючий гормон)	MHC (основний комплекс гістосумісності) білки на клітинних поверхнях	дофамін, адреналін, норадреналін та інші моноаміни	Фібриноген (та інші фактори згортання крові)
Окситоцин		серотонін	Фібронектин (та інші білки позаклітинного матриксу)
пролактин		деякі амінокислоти (глутамат, аспартат, гліцин)	Компоненти клітинної стінки рослин
АКТГ (адренокортикотропний гормон)			Трипсин, пепсин та ін. (травні ферменти кишечника)

Як ми бачили, багато секреторних і мембранних білків є глікопротеїнами, до яких цукру ковалентно прикріплюються, починаючи з грубої ендоплазматичної сітки. Як ми також бачили, їх глікозилювання починається в РЕР. Перевірте посилання нижче, щоб знову побачити процес.

291 Шляхи до клітин, покритих цукром

Окремі клітини часто виробляють більше декількох упакованих білків одночасно, вимагаючи сортування кожного білка за правильним призначенням - позаклітинні рідини, лізосоми, пероксисоми та інші «мікротіла», і, звичайно, самі мембрани. Далі ми розглянемо, як клітини націлюють білки на їх різні внутрішньоклітинні та позаклітинні призначення.