Поверхностный аппарат клетки. Методические указания.. Михеев в. С

• Название: Михеев в. С
• Анкор: Поверхностный аппарат клетки. Методические указания..doc
• Дата: 25.04.2017
• Размер: 0.92 Mb.
• Имя файла: Поверхностный аппарат клетки. Методические указания..doc
• Тип: Реферат; #4868
• Категория: Биология. Ветеринария. Сельское хозяйство
• страница: 11 из 18

В настоящее время обнаружено более 25 различных рецепторов, способных индуцировать макропиноцитоз. Наследственные дефекты таких рецепторов приводят к двум важным для клеток и организма последствиям. Во-первых, в такой ситуации возникает внутрикле­точный дефицит определенных веществ, необходимых клетке для нормального осуществления своих функций. Во-вторых, эти вещест­ва начинают накапливаться во внеклеточной среде, что также, как правило, нарушает нормальные функции клеток и организма.

Наследственные аномалии трансферрина (эндоцитируемого бел­ка-переносчика железа) приводят к внутриклеточному дефициту ионов Fe3+ и, как следствие, к резкому снижению уровня энергетиче­ского обмена в митохондриях, проявляющегося дефицитом АТФ. В результате этого усиливаются процессы гликолиза с образованием большого количества молочной кислоты, токсичной для большинст­ва клеток, в первую очередь мышечных и нервных.

Так как ионы Fe³⁺ являются необходимым компонентом гемогло­бина, наследственные дефекты рецепторов трансферрина (или само­го трансферрина) могут быть одной из причин железодефицитной анемии (нарушения функции эритроцитов, обусловленного недос­татком в них ионов Fe³⁺).

Наследственные нарушения структуры и функций рецепторов ЛНП вызывают повышение концентрации холестерола (ЛНП) в плазме крови, особенно если, большое количество стерола поступает с пищей. При определенных условиях это приводит к формированию на стенках кровеносных сосудов специфических липоидных «бля­шек». Образование большого количества таких бляшек в кровенос­ных сосудах является причиной серьезного заболевания атероскле­роза.

Опосредованный рецепторами эндоцитоз используется некото­рыми вирусами как способ проникновения в клетки хозяина. Такие вирусы имеют наружную оболочку в виде БЛС, содержащего специ­фические вирусные белки. Одни из этих белков обеспечивают взаи­модействие с соответствующими белками (рецепторами) ПА клетки-мишени, а другие - слияние БЛС вирусной оболочки и плазмалеммы клетки.

В простейшем случае, после взаимодействия с рецепторами ПА клетки белки слияния вызывают встраивание вирусной оболочки в плазмалемму. В результате этого "раздетый" вирус попадает сразу в гиалоплазму и тем самым избегает контакта с лизосомами, способ­ными разрушить как его белковый капсид, так и его генетический материал (ДНК или РНК). Именно таким способом проникает в клетки вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), или вирус синдрома приобретенного иммунодефицита (вирус СПИД), специфически по­ражающий определенную популяцию Т-лимфоцитов.

В более сложном случае, «мембранные» вирусы подвергаются обычному макропиноцитозу и оказываются в цистерне спасения. Здесь низкая рН активирует белки слияния вируса, и вирусная мем­брана встраивается в мембрану цистерны спасения. В результате вирус уже без мембранной оболочки попадает непосредственно в гиалоплазму и, избежав контакта с лизосомой, продолжает свой жиз­ненный цикл, нарушающий жизнедеятельность зараженной им клетки. Таким способом происходит поражение клеток вирусом грип­па и, возможно, вирусом СПИД.

Опосредованный рецепторами эндоцитоз можно использовать в терапевтических (лечебных) целях для введения лекарственных пре­паратов в определенные клетки. С этой целью препарат «упаковы­вают» в искусственный мембранный пузырек, липосому. В БЛС липосомы встраивают фузионные белки и интегральные белки с определенными детерминантами. Структура этих детерминант тако­ва, что они взаимодействуют с рецепторами только тех клеток, в которые должен попасть препарат.

Введенные в организм липосомы ведут себя аналогично вирусам с мембранной оболочкой - их содержимое оказывается в гиалоплазме только определенных клеток. Например, если клетки опухоли имеют в своем ПА специфические белки, в такие клетки с помощью липосом можно вводить препараты, останавливающие деление раковых клеток (цитостатики) или вызывающие гибель опухолевых клеток.
Микропиноцитоз представляет собой вариант эндоцитоза, предна­значенный для транспорта макромолекул относительно небольшого раз­мера, составляющего сотые доли мкм. Как правило, микропиноцитозу подвергаются белковые молекулы. Формально он сходен с макропиноцитозом - для его индукции необходимо взаимодействие транспортируемой молекулы с соответствующим рецептором ПА клетки и транспортный пузырек формируется путем впячивания участка плазмалеммы с этими рецепторами.

Однако образование микропиносомы осуществляется без участия клатринов, с помощью которых происходит формирование макропиносомы. Благодаря этому, микропиноцитоз является АТФ-независимым и протекает со значительно более низкой скоростью, чем макропиноцитоз. Более того, скорость микропиноцитоза зависит от температуры - умень­шается при ее снижении и увеличивается при повышении.

Вероятно, скоростные параметры данного варианта эндоцитоза определяются степенью жидкостности БЛС плазмалеммы. Еще одной особенностью микропиноцитоза является то, что образующиеся микропиносомы не контактируют с цистерной спасения, т.е. для них не характерно рециклирование рецепторов с ее помощью.

Способностью к микропиноцитозу обладают далеко не все клетки организма. Данный вид транспорта характерен для эпителиальных клеток, в частности эндотелия капилляров и эпителия слизистых оболочек, покры­вающих полости внутренних органов (кишечник, носоглотка, легкие, мочеполовые пути).

Судя по всему, спектр белков, способных подвергаться микропиноци­тозу, невелик; достоверно известно, что так транспортируются антитела определенной структуры (иммуноглобулины А). Фактически, микропино­цитоз не является самостоятельным видом цитоза, а представляет собой начальный этап особого типа транспорта в мембранной упаковке трансцитоза.

Экзоцитоз - это вид транспорта в мембранной упаковке (цитоза) при котором образовавшиеся в клетке вещества выводятся во внеклеточную среду. При этом на той или иной стадии экзоцитоза транспортируемые молекулы оказываются внутри мембранных пузырьков, экзоцитозных пузырьков. Таким образом, экзоцитоз можно рассматривать как процесс, противоположный эндоцитозу.

В типичном варианте экзоцитоза мембранные пузырьки, содержащие вещества, подлежащие выводу из клетки, формируются в цитоплазме. Как правило, их образование связано с функциями мембранных клеточных органоидов (комплекса Гольджи и эндоплазматической сети). Такие экзоцитозные пузырьки транспортируются к ПА клетки, где проис­ходит слияние их мембраны с плазмалеммой. В результате мембрана экзоцитозного пузырька становится частью плазмалеммы, а его содержимое либо компонентами гликокаликса, либо компонентами внеклеточной среды со своими специфическими функциями. По своим механизмам и биологическому значению, выделяют 2 варианта экзоцитоза: конститу­тивный экзоцитоз и индуцируемый экзоцитоз.

Конститутивный, или нерегулируемый, экзоцитоз является универ­сальным вариантом транспорта в мембранной упаковке, т.е. характерен практически для всех типов клеток многоклеточного организма. В этом случае сформировавшийся в цитоплазме экзоцитозный пузырек с помо­щью ТТС перемещается к ПА клетки, и этот этап требует энергетических затрат в виде АТФ. Достигнув периферической гиалоплазмы, пузырек вступает своей мембраной в контакт с участком плазмалеммы. Детали этого процесса недостаточно ясны, тем не менее, очевидно, что в месте контакта должны происходить (или уже имеются) специфические измене­ния COCA (цитоскелета) - его локальная дезинтеграция.

Механизмы контакта также изучены недостаточно. Вероятно, в этот процесс вовлече­ны специальные белки слияния (фузогены). Кроме того известно, что районы слияния плазмалеммы с экзоцитозным пузырьком содержат большое количество молекул холестерола. Так или иначе, в зоне контакта происходит слияние участков обеих мембран и мембрана экзоцитозного пузырька входит в состав плазмалеммы.

Мембрана пузырька содержит разнообразные липиды, включая гликосфинголипиды, интегральные, полуинтегральные и периферические белки, часть которых представлена гликопротеинами. Таким образом, с помощью конститутивного экзоцитоза происходит постоянное обновле­ние, регенерация двух основных компонентов ПА клетки - плазмалеммы и гликокаликса. В этом и заключается общеклеточная роль конститутив­ного экзоцитоза.

В ряде клеток, например, фибробластах (клетках рыхлой соединительной ткани), остеобластах (клетках костной ткани) и хондробластах (клетках хрящевой ткани) по пути конститутивного экзоцитоза могут выводиться синтезируемые в клетках элементы внекле­точного матрикса - компонента соединительных тканей.

Индуцируемый, или регулируемый, экзоцитоз является менее универ­сальным процессом, чем конститутивный экзоцитоз. Он характерен для клеток, выполняющих секреторную функцию, поэтому цитозные пузырьки в данном варианте экзоцитоза называют секреторными пузырьками, или секреторными гранулами.

Сформировавшиеся в цитоплазме секреторные пузырьки направляют­ся с помощью ТТС, как правило, к специализированным участкам ПА клетки. В этих зонах сконцентрированы фузионные белки (белки слияния) синтаксин и нейрексин, поровые белки и определенное количество пас­сивных переносчиков ионов Са²⁺. Достигнув зоны экзоцитоза, секретор­ные пузырьки окружаются сетью актиновых МФ, взаимодействуя с ними белками синапсином и спектрином, прекращают свое движение и фикси­руются в периферической гиалоплазме. При постоянном образовании секреторных пузырьков происходит их накопление до определенного количества, а «избыточные» пузырьки разрушаются в цитоплазме с по­мощью лизосом.

Такая ситуация определяется тем, что для осуществления индуцируе­мого (регулируемого) экзоцитоза, или секреции, необходим определенный внеклеточный сигнал. Его отсутствие и приводит к накоплению секретор­ных пузырьков. Функциональное значение такого сигнала заключается в том, что с его помощью активируются пассивные переносчики Са²⁺, рабо­та которых необходима для данного вида экзоцитоза.

Сигнал секреции трансформируется в ПА клетки или путем измене­ния конформации соответствующих ему рецепторов, или путем измене­ния мембранного электропотенциала плазмалеммы. Так или иначе, сиг­нал, полученный клеткой, вызывает активацию пассивных переносчиков ионов Са²⁺. Это приводит к локальному повышению концентрации Са²⁺ в периферической гиалоплазме, что и является внутриклеточным сигналом, запускающим все дальнейшие этапы экзоцитоза.

Во-первых, происходит Са²⁺-зависимая активация определенных протеникиназ, кото­рые катализируют фосфорилирование белков цитоскелета и тем самым вызывают локаль­ную разборку его элементов. Во-вторых, осуществляется дезинтеграция сети МФ, оплетающей секреторные пузырьки, которые в_ результате этого приобретают подвижность. В-третьих, секреторные пузырьки взаимодействуют с актомиозиновыми комплексами, которые «подтягивают» пузырьки к плазмалемме, обеспечивая контакт белков слияния обеих мембран.

Белки слияния плазмалеммы (см. ранее) и секреторного пузырька -синаптобревин и синаптогамин - взаимодействуют друг с другом и обес­печивают формирование фузионной поры, соединяющей полость секре­торного пузырька с внеклеточной средой. Пора образуется при взаимодействии поровых белков плазмалеммы с белками мембраны сек­реторного пузырька синаптофизинами при участии ГТФазы Rab3A, встроенной в мембрану пузырька.

Высокая концентрация Са²⁺ в периферической гиалоплазме активирует АМС, в результате чего содержимое пузырька «выдавливается» из него за пределы клетки - происходит акт секреции. Таким образом, при индуцируемом (регулируемом) экзоцитозе затрат энергии (АТФ) требует не только процесс передвижения секреторных пузырьков к ПА клетки (работа ТТС), но и сам процесс секреции (работа протеинкиназ и АМС).

В отличие от конститутивного экзоцитоза, при индуцируемом экзоцитозе мембрана секреторного пузырька не всегда становится участком плазмалеммы. Например, в нейронах с секреторной функцией после завершения экзоцитоза нейромедиаторов белки слияния секреторных пузырьков и плазмалеммы изменяют свою конформацию и контакт между ними исчезает. В результате этого «опустошенные» секреторные пузырьки отсоединяются с помощью клатринов и по ТТС возвращаются в цитоплазму, где вновь заполняются нейро-медиаторами.

Таким образом, оба варианта экзоцитоза являются АТФ-зависимыми и осуществляются с помощью ТТС. Благодаря этому они блокируются действием на клетку ингибиторов синтеза АТФ и агентов, вызывающих деполимеризацию МТ. Кроме того, индуцируемый экзоцитоз - Са²⁺-зависимый процесс, требующий участия АМС. В этом случае некоторые агенты, деполимеризующие F-актин, способны индуцировать секрецию, разрушая сеть МФ, окружающую секреторные пузырьки, и стимулируя процесс слияния пузырьков с штазмалеммой.

Блок конститутивного экзоцитоза приводит к драматическим последствиям для клетки, так как она утрачивает механизм обнов­ления (регенерации) важнейших компонентов плазмалеммы и гликокаликса. В результате этого клетка быстро «стареет» и погибает.

Дефекты индуцируемого (регулируемого) экзоцитоза вызывают серьезные нарушения нейрогуморальной регуляции функций многоклеточного организма. При этом причиной регуляторных аномалий могут быть как гипофункция (пониженная активность), так и гиперфункция (повышенная активность) соответствующих секреторных

клеток.

В основе гипофункции секреторных клеток могут лежать различные причины, в том числе и наследственного характера. Как правило, гипофункциональная патоло­гия обусловлена дефицитом секретируемых молекул (наследственные дефекты структуры ферментов синтеза гормонов и медиаторов) или аномалиями их структуры (наследственные нарушения структуры пептидных гормонов). Тем не менее, вполне возможны генетические дефекты белков, принимающих участие в секреции соответ­ствующих гормонов и медиаторов (рецепторы экзоцитоза, пассивный переносчик ионов Ca²⁺, белки слияния и т.н.).

В результате таких изменений возникает дефицит секретируемых молекул не в самой секреторной клетке, а во внутренней среде организма, что также вызывает нарушение протекания и регуляции жизненно важных для организма процессов. Таким образом, наследственные дефекты индуцируемого экзоцитоза могут быть одной из причин гипофункции секреторных клеток.

Примером гипофункциональной секреторной аномалии может служить несахарный диабет, обусловленный дефицитом антидиуре­тического гормона (АДГ). АДГ образуется в определенных нейронах гипофиза и накапливается в составе секреторных пузырьков, лока­лизующихся в окончаниях аксонов. При возникновении потенциала действия в этих нейронах происходит секреция АДГ. Под действием АДГ осуществляется реабсорбция воды из первичной мочи в клетки эпителия почечных канальцев. При нарушении секреции АДГ процесс реабсорбции подавляется, в результате чего образуется большее, чем в норме, количество вторичной мочи.

Следствием этого является повышение диуреза, проявляющегося в частом выделении больших количеств мочи - полиурии. В отличие от сахарного диабета, при несахарном диабете выделяемая больными моча не содержит избытка глюкозы и аминокислот, так как процес­сы их реабсорбции осуществляются другими механизмами. Секреция АДГ подавляется этанолом, поэтому после приема значительных доз алкоголя также происходит усиление диуреза.

Уменьшение степени секреции тиреоидных гормонов (тироксина, трийодтиронина) клетками щитовидной железы приводит к разви­тию гипотиреоза. Особенно опасны наследственные формы этой болезни, так как дефицит этих гормонов в раннем детском возрасте вызывает кретинизм - сильную задержку физического и умственно­го развития.

Это обусловлено тем, что тиреоидные гормоны усиливают про­цессы синтеза РНК (транскрипцию) и белка (трансляцию), увеличи­вая интенсивность основного обмена веществ. Характерным симптомом врожденного гипотиреоза является маленький рост больных, поскольку тиреоидные гормоны стимулируют действие гормона роста на процесс удлинения костей.

Гинофункциональные состояния секреторных клеток, как правило, излечивают­ся путем введения в организм соответствующих «дефицитных» молекул. В частности, при полиурии (усиленном диурезе), обусловленной дефицитом АДГ, больному вводят его аналоги (десмопрессин или липрессин). Введение самого АДГ в фармакологиче­ских дозах вызывает сокращение всей гладкой мускулатуры организма и приводит к повышению артериального давления, кишечным коликам, а иногда - к летальному исходу вследствие спазма коронарных (сердечных) артерий.

Для лечения гипотиреоза применяют введение тиреоидных гормонов, причем при наследственных формах данной болезни необходимо применять гормонотерапию как можно раньше, желательно сразу после рождения больного ребенка. В противном случае уже в раннем возрасте у больных гипотиреозом происходят необратимые изменения нейронов головного мозга, что может привести к полной идиотии (самой тяжелой форме умственной отсталости).

Гиперфункция секреторных клеток также может иметь наслед­ственные причины. Тем не менее, частой причиной аномалий подоб­ного типа является возникновение опухолей - при раковом перерождении секреторной клетки процесс индуцируемой секреции может стать нерегулируемым, конститутивным.

С другой стороны, перерождение клетки, не связанной с секреци­ей данных молекул, может приводить к возникновению у нее способ­ности к синтезу и секреции не свойственных ей веществ. В обоих случаях возникает избыток определенных молекул, что проявляется как гиперфункция соответствующих секреторных клеток.