БИОМЕМБРАНЫ ТРАНСМЕМБРАННЫЙ ПЕРЕНОС ВЕЩЕСТВ Лекция по курсу Цитология

БИОМЕМБРАНЫ. ТРАНСМЕМБРАННЫЙ ПЕРЕНОС ВЕЩЕСТВ. Лекция по курсу «Цитология» . Автор-составитель – д. б. н. , профессор кафедры анатомии, физиологии человека и животных ФГБОУ ВПО «ЧГПУ» , Н. В. Ефимова. Челябинск, 2012

ПЛАН лекции: Трансмембранный перенос микромолекул. 2) Трансмембранный перенос макромолекул. 1)

Трансмембранный перенос микромолекул. 1 -й вопрос лекции. Na+ Ca 2+ Cl- + ++ - - K+ ЭХГ МПП Избирательная проницаемость плазмолеммы Внутриклеточный гомеостаз (электрохимический градиент)

Способы трансмембранного переноса микровеществ: Транспорт веществ По электрохимическому градиенту, без затраты Е Пассивный: • простая диффузия • облегчённая диффузия Активный: • АТФ-азы (насосы) Против электрохимического градиента, с затратой Е

Диффузия веществ … Диффузия - пассивное перемещение вещества из участка с большей концентрацией раствора к участку с меньшей концентрацией.

Осмос (явление открыто А. Нолле в 1748 г. ) Осмос – это процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону бо льшей концентрации растворённого вещества.

Диффузия веществ определяется рядом факторов: Трансмембранный концентрационный градиент веществ (↑↑). 2. Трансмембранная разность электрических зарядов (мембранный потенциал) (↑↑). 3. Коэффициент проницаемости мембраны для переносимого вещества (↑↓ числу 1. водородных связей, разрываемых при включении вещества в гидрофоный липидный бислой). 4. Температура (t 0) окружающей среды (↑↑).

Способы диффузии веществ через плазматическую мембрану: Extracellular fluid Lipidsoluble solutes Lipid-insoluble solutes Small lipidinsoluble solutes Water molecules Lipid bilayer Cytoplasm (1) Простая диффузия через липидный бислой (2) Облегчённая диффузия с помощью белковых транспортных систем: белки-транслокаторы и каналы (ионные и аквапорины). Малые молекулы: неполярные (О 2, N 2, бензол), полярные (H 2 O, мочевина, глицерин, СО 2, NH 3).

Селективные ионные каналы (облегчённая диффузия): Ионные каналы состоят из нескольких Ионные каналы белковых субъединиц (интегральных белков), формирующих в мембране небольшую пору, через которую по ЭХГ проходят ионы.

Селективные ионные каналы:

Селективные ионные каналы (облегчённая диффузия): Свойства ионных каналов: селективность (специфичность), управляемость, пластичность (за счёт фосфорилирования белков), o блокируемость. o o o

Структура ионоселективного канала: ∆ ∆ Сенсор канала Ионный канал Ионный филь тр Клеточная мембрана Воротный механизм Конформационные изменения белков – основа функционирования ионных каналов. рис. Ионный канал пропускающий ионы калия (К+). Вне клеточной мембраны (А) ионы калия и натрия находятся в окружении молекул воды (показаны на рисунке красным цветом). Внутри фильтра (В) атомы кислорода образуют структуру, которая имитирует водную оболочку иона калия.

Принцип действия ионоселективного фильтра: Меньший по размеру ион натрия (Na+) не соответствует структуре селективного фильтра и не может пройти через К+-канал.

Селективные ионные каналы (облегчённая диффузия): Свойства ионных каналов: o селективность (специфичность), o управляемость, пластичность (за счёт фосфорилирования белков), o блокируемость. o

Селективные ионные каналы (механизмы управления): Потенциал-управляемые – отвечают на изменение величины МПП. 2) Лиганд-управляемые – активируются при взаимодействии со специфическим сигналом (гормоном, нейротрансмиттером). 3) Стимул-управляемые (механо-, протон- и температурно-активируемые каналы). 4) Са 2+-управляемые и др. 1)

Стимул-управляемые ионные каналы (механочувствительные, температурно-чувствительные) Такие каналы обеспечивают сенсорное восприятие и располагаются в мембране сенсорных рецепторов: Ø механочувствительные ИК рецепторных волосковых клеток, обеспечивающих слуховое восприятие; Ø температурно-чувствительные ИК терморецепторов кожи, обеспечивающие восприятие тепла и холода. ü В настоящее время стимул-управляемые механочувствительные ИК обнаружены не только в специализированных механорецепторных структурах, но также и в мембранах бактерий, грибов, растений, позвоночных и беспозвоночных животных. ü Механочувствительные каналы не только обеспечивают сенсорное восприятие механического раздражения, но также вовлечены в контроль клеточного цикла, регуляцию объёма и роста клеток, секрецию и эндоцитоз.

Потенциал-управляемые ионные каналы При достижении определённого порогового уровня деполяризации мембраны каналы открываются, а при обратном снижении уровня деполяризации - оказываются закрытыми. Именно потенциал-управляемые натриевые и калиевые ИК обеспечивают перемещение нервного импульса по мембране нейрона.

Лигандуправляемые ионные каналы Каналы открываются при связывании с рецепторным участком канала специфического лиганда (управляющего вещества: трансмиттера или его миметика). Такие каналы обычно локализованы в химических синапсах на их постсинаптических мембранах и преобразуют химический сигнал, возникающий за счёт пресинаптического высвобождения нейромедиатора, в постсинаптический электрический локальный потенциал. Лиганд-управляемый ионный канал с никотиновым ацетилхолиновым рецептором (никотин - миметик, ацетилхолин - трансмиттер).

Селективные ионные каналы в действии: Прогестерон воздействует на кальциевый канал Cat. Sper, расположенный на хвостике сперматозоида; что приводит к резкому увеличению его пропускной способности и, соответственно, к быстрому увеличению концентрации Са 2+ в хвостике сперматозоида. После этого запускается Ca 2+-зависимый ответ сперматозоида, приводящий к созреванию и внедрению сперматозоида в яйцеклетку.

Взаимодействие ионных каналов различного типа:

Селективные ионные каналы (облегчённая диффузия): Свойства ионных каналов: o o o селективность (специфичность), управляемость, пластичность (за счёт фосфорилирования белков), o блокируемость.

Ионные каналы и возбудимость клеток … • • K+ и Na+-каналы присутствуют практически в любой клетке (обусловливают МПП), особое значение имеют для возбудимых структур (нейроны, скелетные мышечные волокна, кардиомиоциты), где формируют МПД. Блокаторы каналов: местные анестетики (лидокоин), противосудорожные препараты, антиаритмические препараты, токсины (тетродотоксин, батрахотоксин)

Ионные каналы и возбудимость клеток … Нейротоксины, вырабатываемые ядовитыми пауками и моллюсками, блокируют передачу нервного импульса по сети нейронов, что можно использовать для лечения хронических болей. .

Лаборатория ионных каналов клеточных мембран Института Цитологии РАН (СПб) Лаборатория была организована в 1983 году. С 1983 по 2005 г. лабораторией заведовала член-корр. РАН, д. б. н. , профессор Г. Н. Можаева - один из ведущих в мире специалистов в области исследований ионных каналов клеточных мембран и основоположников этого направления науки в нашей стране.

Лаборатория ионных каналов клеточных мембран Института Цитологии РАН (СПб) В лаборатории с помощью комплексных подходов (электрофизиология, молекулярная биологии, определение внутриклеточной концентрации ионов с помощью флуоресцентных зондов) исследуются молекулярные механизмы передачи сигнала с поверхностных мембранных рецепторов к внутриклеточным структурам, в частности проблема генерации кальциевого сигнала - наиболее раннего клеточного ответа на рецепторный стимул, имеющего своим следствием запуск многочисленных клеточных функций.

Селективные ионные каналы - перспективы исследований … Нарушения механизмов кальциевой сигнализации в нейрональных клетках приводят к развитию нейродегенеративных заболеваний.

Аквапорины – каналы для воды? К настоящему времени известно около 200 разновидностей белков водных каналов у растений и животных, в том числе 11 - у человека. Благодаря аквапоринам (водным каналам) клетки не только регулируют свой объем и внутреннее давление, но и выполняют такие важные функции, как всасывание воды в почках животных и корешках растений. Аквапорины обнаружены в клетках почек, глаза, эпендимы сосудистых сплетений ГМ (осморецепторы? ).

Аквапорины – каналы только для воды? Аминокислоты в белке расположены таким образом, что полярность создаваемого ими электростатического поля "переключается" в центре молекулы на обратную. Поэтому молекулы воды, дойдя до середины канала, переворачиваются так, что их дипольные моменты в верхней и нижней части канала направлены в противоположные стороны. Такое переориентирование предотвращает просачивание через канал ионов, в том числе протонов, определяющих р. Н. Пространственная структура аквапорина напоминает цилиндрический канал, по которому проходит только вода, но не ионы.

Аквапорины в действии … 0, 5 мин 1, 5 мин 2, 5 мин 3, 5 мин клетка с аквапоринами клетка без аквапоринов Эксперимент с незрелыми яйцеклетками шпорцевой лягушки Xenopus laevis, мембрана которых в норме не содержит аквапорина (это необходимое условие выживания яйцеклетки в природной водной среде).

НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ по ХИМИИ 2003 ГОДА. МЕМБРАННЫЕ КАНАЛЫ: ВОДА ОТДЕЛЬНО ОТ ИОНОВ, А ИОНЫ - ДРУГ ОТ ДРУГА. Питер Эгр (Peter Agre), Медицинская школа Университета Джона Хопкинса, Балтимор (США), получил премию за открытие водных каналов. Родерик Мак-Киннон (Roderick Mac. Kinnon), Университет Рокфеллера, Нью-Йорк (США), удостоен премии за структурные исследования ионных каналов. Открытия нобелевских лауреатов 2003 года способствуют пониманию причин заболеваний почек, сердца, мышечной и нервной систем.

Белки-транслокаторы (облегчённая диффузия): унипорт симпорт антипорт Принцип работы транслокаторов – конформационные изменения белков-переносчиков.

Для переноса моносахаров внутрь клетки требуются особые белки Всасывание в кишечнике

Для переноса моносахаров внутрь клетки требуются особые белки рис. Схема утилизации глюкозы через активацию инсулиновых рецепторов (ГЛЮТ — транспортер глюкозы, IRS-1 — субстрат инсулинового рецептора) Транспорт глюкозы из крови через мембраны клеток происходит при помощи облегченной диффузии по градиенту концентрации с участием белковпереносчиков (глюкозных транспортеров «ГЛЮТ").

Для переноса моносахаров внутрь клетки требуются особые белки рис. Схема утилизации глюкозы через активацию инсулиновых рецепторов (ГЛЮТ — транспортер глюкозы, IRS-1 — субстрат инсулинового рецептора). Влияние инсулина на клетки приводит к перемещению везикул, содержащих ГЛЮТ, к плазматической мембране, слиянию с ней и встраиванию этих белков-транспортёров в мембрану. После этого становится возможным облегчённый транспорт глюкозы в эти клетки. Скорость потребления глюкозы возрастает в 30 -40 раз. После снижения концентрации инсулина в крови транспортёры глюкозы снова перемещаются в цитоплазму, и поступление глюкозы в клетку прекращается.

Пассивный транспорт Процесс Энергия Пример Простая диффузия кинетическая Движение кислорода через мембрану альвеол Облегченная диффузия кинетическая Осмос кинетическая Перенос глюкозы в клетки Движение воды через мембрану ЭНЕРГИЯ электрохимического градиента

Активный транспорт микромолекул – это … … энергозависимый трансмембранный перенос микровеществ, происходящий против электрохимического градиента с участием ферментов – АТФфосфотаз. Широко представлены Na+/K+, H+/K+ и Сa 2+АТФазы.

Активный транспорт микромолекул На поддержание электрохимического градиента клетка затрачивает до 30 -40% своей энергии. Источником Е для активного транспорта могут быть: гидролиз АТФ, процесс переноса электронов (дыхательная цепь митохондрий), Ø солнечный свет. Ø Ø

Натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза (Na+/K+-АТФаза) Натрий-калиевая - АТФаза – фермент из группы транспортных АТФаз, находящийся в плазмолемме. Встречается практически во всех клетках человека, а также в клетках других организмов. Основное назначение — поддерживать электрохимический градиент и регулировать клеточный объём.

Принцип действия Na+/K+-АТФазы: Na+/K+-АТФаза - переносчик, осуществляющий антипорт -АТФаза ионов Na+ и K+ через плазмолемму. q Фермент присоединяет с внутренней стороны мембраны 3 иона Na+, что изменяет конформацию активного центра АТФазы. Активированная АТФаза способна гидролизовать одну молекулу АТФ, причем Рi-ион фиксируется на поверхности переносчика с внутренней стороны мембраны. q

Принцип действия Na+/K+-АТФазы: Выделившаяся энергия расходуется на перенос 3 ионов Na+ на внешнюю сторону мембраны, где они отщепляясь, замещаются на 2 иона К+. q Затем конформация переносчика изменяется на первоначальную, и ионы К+ оказываются на внутренней стороне мембраны, отщепляются, и переносчик вновь готов к работе. q

Принцип действия Na+/K+АТФазы:

Принцип действия Na+/K+-АТФазы: В итоге во внеклеточной среде создается высокая концентрация ионов Na+, а внутри клетки - повышенная концентрация ионов K+. q Работа Na+/K+-АТФазы создает не только разность концентраций ионов, но и разность зарядов (электрогенный эффект насоса). На внешней стороне мембраны создается положительный заряд, а на внутренней — отрицательный (МПП). q

Нобелевская премия по химии 1997 года Йенс Кристиан Скоу (1918, Дания) — датский химик, лауреат Нобелевской премии по химии (1997) за открытие … … «ион-передающего энзима» . В начале 1950 -х годов Йенс Скоу изучал механизм действия анестетиков и обнаружил, что действие анестетика связано с его способностью растворяться в липидном слое плазмолеммы и перекрывать натриевые каналы. Скоу предположил, что канал является белковой молекулой и его блокировка в нейронах приводит к тому, что нервные клетки теряют способность возбуждаться, что приводит к анестезии.

Нобелевская премия по химии 1997 года Йенс Кристиан Скоу (1918, Дания) — датский химик, лауреат Нобелевской премии по химии (1997) за открытие … … «ион-передающего энзима» . Используя кардиотоксический гликозид уабонин - ингибитор натрий-калиевого насоса, Скоу доказал связь между ферментом АТФазой и ионным каналом.

Какие ещё существуют АТФазы? Н+/К+-АТФазы обеспечивают секрецию соляной кислоты клетками желудка - перемещают на наружную сторону мембраны ионы водорода (Н+), которые создают кислую среду в желудке. Этот транспортёр тоже работает по принципу обменника, т. к. меняет внутриклеточные ионы водорода (Н+) на внеклеточные ионы калия (К+).

Секреция желудочного сока

Какие ещё существуют АТФазы? Н+-АТФаза растений обеспечивает поглощение из почвы солей корнями растений. Принцип действия тот же: обмен одних ионов на другие за счёт энергии, полученной из АТФ. Из клеток корня в почву выделяются ионы водорода (Н+), а на их место в клетку переносятся ионы солей.

Лизосомы … … это Лизосомы были впервые описаны в 1955 году Кристианом де Дювом в животной клетке, а позже были обнаружены и у растений. одномембранные органеллы эукариот, в которых происходит (1) внутриклеточное пищеварение, (2) аутофагия и (3) метаболизм холестирола.

В лизосомах благодаря АТФ-азам поддерживается постоянный р. Н=4, 5 -5 Концентрация протонов в лизосомах на два порядка выше, чем в цитоплазме.

Лизосомы и патология … Из-за мутаций в генах ферментов лизосом развиваются болезни накопления. Примером служит амавротическая идиотия при накоплении гликогена. Разрыв лизосом и выход в цитозоль ферментов сопровождается резким повышением их активности, что приводит к автолизу. Такого рода повышение активности ферментов наблюдается, например, в очагах некроза при инфаркте миокарда или при действии излучения.

Аутофагия и автолиз у эукариот Рис. Автолиз дрожжей при шампанизации вин.

2+-АТФаза: Са 2+ - АТФазы сарколеммы и саркоплазматического ретикулюма в мышечных клетках обеспечивают транспорт кальция из цитоплазмы во внеклеточное пространство или внутриклеточные цистерны гладкой ЭПС для депонирования (запасания) кальция. Рис. Структура кальциевой АТФазы по Toyoshima et al. Nature 405 (2000) 647 -655 PDB ID: 1 EUL. pdb

Активный транспорт (вывод): Специальные транспортные ферменты АТФ-азы, встроенные в клеточную мембрану, работают как транспортёры для различных веществ. Они «насильно» (против градиента концентраций) переносят вещества в клетку и из клетки. При этом АТФазы используют энергию расщепления (гидролиза) АТФ.

Сравнение процессов облегчённой диффузии и активного транспорта: Облегчённая диффузия (белковые каналы и транслокаторы) Активный транспорт (ферменты - АТФазы) 1. Осуществляются при участии специальных белков-переносчиков, что обусловливает специфичность к транспортируемым веществам. 2. Напоминают реакцию «фермент + субстрат» , т. к. : § есть специфический участок связывания для переносимого вещества, § процесс переноса характеризуется насыщением, т. е. существует некая max скорость транспорта, § Вещества, сходные по своей структуре с переносимым веществом, являются конкурентными ингибиторами и блокируют транспорт. Происходит по ЭХГ без затрат Е, может осуществляться в обоих направлениях Происходит против ЭХГ с затратой Е, обычно в строго определённом направлении

2 вопрос. Трансмембранный перенос макромолекул. Эндоцитоз Экзоцитоз Механизм: образование везикул (мембранных пузырьков), сливающихся с плазмолеммой или отшнуровывающихся от неё. Для транспорта макромолекул необходимы: Е (источник = АТФ), ионы Са 2+, цитоскелет (микрофиламенты).

Везикулярный внутриклеточный транспорт. Эндоцитоз. рис. Эндоцитоз. А) пиноцитозная ямка (инвагинация плазмолеммы) и вакуоли; § Б) пиноцитоз на поверхности макрофага, видны выросты цитоплазмы, образующие складки ( «рафлы» ). § 1 — пиноцитозная ямка; 2 — пиноцитозные вакуоли; 3 — эндосомы; 4 — ядро; 5 — аппарат Гольджи.

Плазматическая мембрана. Везикулярный транспорт макромолекул. Фагоцитоз Пиноцитоз Рецепторопосредованный пиноцитоз Способы эндоцитоза макомолекул.

Пиноцитоз – это поглощение клеткой жидкости и растворённых/взвешеных в ней веществ. Пиноцитоз присущ всем клеткам. Наиболее эндоцитоз 1. Жидкостнофазный 2. Рецепторопосредованный активный пиноцитоз наблюдается у амёб, в эпителиальных клетках кишечника и почечных канальцев, в эндотелии сосудов и растущих ооцитах. Неизбирательный процесс, при котором количество поглощаемого в составе везикул вещества ↑↑ его концентрации во внеклеточной жидкости. Везикулы образуются постоянно (спонтанно). Селективный (избирательный) процесс поглощения специфических для клетки веществ при минимуме поглощаемой жидкости.

Эндозитоз с участием клатрина Extracellular fluid Cytoplasm Clathrincoated pit Recycling of membrane and receptors (if present) to plasma membrane 1 Ingested substance Clathrin protein Exocytosis of vesicle contents Uncoated vesicle Detachment of clathrincoated vesicle Plasma membrane Clathrincoated vesicle Extracellular fluid Plasma membrane Endosome 3 Transcytosis Uncoating Uncoated vesicle fusing with endosome 2 To lysosome for digestion and release of contents Взаимосвязь эндо- и экзоцитоза (судьба эндосомы)

Последовательность событий опосредованного рецепторами эндоцитоза: 1. 2. 3. 4. 5. ü взаимодействие лиганда (карго) с мембранным рецептором, концентрирование комплекса «лиганд–рецептор» на поверхности окаймлённой ямки, формирование окаймлённого клатрином пузырька, погружение окаймлённого пузырька в клетку, взаимодействие пузырька с лизосомой → внутриклеточное (лизосомное) пищеварение или высвобождение содержимого непосредственно в цитоплазму. Подобным образом клетка поглощает трансферрин, холестерин вместе с ЛНП и многие другие молекулы.

Эндоцитоз с участием рецепторов Эффективный = экономичный = сберегающий процесс 1. Инфицирование вирусами, вызывающими такие заболевания человека, как СПИД, гепатит, полиомиелит. 2. Токсический эффект железа. Теневая сторона рецептор-опосредованного эндоцитоза:

Везикулярный транспорт макромолекул. Эндоцитоз. Размер клатриновых везикул - около 100 нм. Окаймлённые (клатриновые) ямки составляют порядка 1 -2% общей площади мембраны. Белки клеточного опушения (клатрины) – важнейший фактор отпочковывания везикул (мембранных пузырьков) от мембран. Рис. Окаймленные пузырьки: а) вид со стороны цитозоля; б) трискелетоны на поверхности пузырька.

Клатрины: структура и организация. Рис. Бычий клатрин (Bos taurus). Три молекулы клатрина ассоциированы друг с другом таким образом, что тример клатрина имеет форму трискелетона. В результате полимеризации трискелетоны клатрина формируют замкнутую трёхмерную корзиноподобную сеть, напоминающую футбольный мяч. Рис. Структура клатриновой оболочки (гексагональная решётка).

Фагоцитоз – это поглощение клетокой крупных частиц (вирусов, клеток или их фрагментов).

Макрофáги - это клетки, способные к активному захвату и перевариванию бактерий, остатков погибших клеток и других чужеродных или токсичных для организма частиц. Термин «макрофаг» введён И. И. Мечниковым. Выделяют макро- и микрофаги (нейтрофилы). К макрофагам относят: моноциты крови, гистиоциты соединительной ткани, эндотелиальные клетки капилляров кроветворных органов, купферовы клетки печени, клетки стенки альвеол лёгкого (лёгочные макрофаги), стенки брюшины (перитонеальные макрофаги).

Макрофáги - это клетки, способные к активному захвату и перевариванию бактерий, остатков погибших клеток и других чужеродных или токсичных для организма частиц. У млекопитающих предшественники макрофагов образуются в красном костном мозге. Активными фагоцитарными свойствами обладают также клетки ретикулярной ткани кроветворных органов, объединяемые с макрофагами в ретикуло-эндотелиальную (макрофагическую) систему, выполняющую в организме защитную (иммунологическую) функцию.

Фагоцитоз (этапы): хемотаксис (поиск «чужака» ), адгезия МФ к поглощаемому объекту (контактное взаимодействие), 3. активация мембраны МФ и поглощение объекта (образуется фагосома), 4. фагосома + лизосома → фаголизосома, 5. киллинг и расщепление объекта в фаголизосоме, 6. выброс продуктов деградации. 1. 2.

Фагоцитоз – селективный процесс! Фагоцитоз индуцируется информационными сигналами, воздействующими на рецепторы плазмолеммы фагоцитов.

Мечников Илья Ильич (1845 – 1916 г. г. ) – российский биолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1908 года «… за разработку фагоцитарной теории иммунитета» . рис. Нейтрофил фагоцитирует Bacillus anthracis (оранжевая). рис. Рецепторный аппарат макрофага. рис. Схема фагоцитоза бактериальной клетки.

История создания учения о фагоцитозе … (1 -ый тезис) Внутриклеточное пищеварение – филогенетически исходный тип питания одноклеточных и многоклеточных животных. Изучая способ питания у современных низших Metazoa И. И. Мечников обнаружил мезодермальные амебоидные клетки, способные к захвату и перевариванию пищевых частиц.

Типы пищеварения (эволюционный аспект) по месту действия пищеварительных ферментов Внутриклеточное (лизосомное): Полостное (внеклеточное) Пристеночное (мембранное) • ферментный гидролиз происходит внутри клетки; • характерно для простейших и примитивных многоклеточных (губки, плоские черви и т. д. ); • у высших животных выполняет иммунологическую функцию (фагоцитоз). • пищеварительные ферменты выделяются секреторными клетками во внеклеточную среду – кишечную полость тела, где реализуется их эффект; • характерно для полостных животных (кольчатые черви, ракообразные, насекомые, хордовые). • пищеварительные ферменты локализованы на мембранах кишечных клеток; • завершает гидролиз всех основных пищевых веществ; • характерно для беспозвоночных животных, рыб, птиц, амфибий, млекопитающих. И. И. Мечников, 1883 г. А. М. Уголев, 1958 г.

Фагоцитарная теория (2 -0 й тезис) Фагоцитоз как универсальная для животного мира защитная реакция, реализуемая специальными клетками – фагоцитами в борьбе против бактерий или при удалении частей организма. Фагоцитоз – филогенетическая основа становления воспалительного процесса (системной защитной реакции организма).

Фагоцитарная теория (3 -ий тезис) Провозгласил единство (на клеточном уровне) двух различных функций – пищеварительной и защитной (иммунологической), что отражает. . . принцип «смены функций в ходе онто- и филогенеза» (А. Дорн, 1875 год).

Фагоцитарная теория (4 -ый тезис) Фагоциты обладают целенаправленной активностью, т. е. чувствительностью и способностью к поглощению инородных частиц с их последующим внутриклеточным перевариванием. Клетки обладают чувствительностью (раздражимостью), реактивностью и взаимодействием. Теория активной защиты организма с помощью специализированной клеточной (целлюлярной) системы.

ЭКЗОЦИТОЗ – это … … клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы (мембранные пузырьки) сливаются с наружной клеточной мембранной - плазмолеммой, при этом содержимое секреторных везикул (экзоцитозных пузырьков) выделяется наружу, а их мембрана сливается с клеточной мембраной. Практически все макромолекулярные соединения (белки, пептидные гормоны и др. ) выделяются из клеток эукариот с помощью экзоцитоза.

ЭКЗОЦИТОЗ Экзоцитоз может выполнять различные задачи: доставка на клеточную мембрану (плазмолемму) липидов как базовых структурных компонентов, что необходимо для обновления мембраны и роста клетки; 2) доставка на клеточную мембрану различных белков, например, белков-рецепторов, белков-антигенных детерминант или белков-транспортёров; 3) выделение различных веществ из клетки: 1) • • • непереваренных остатков пищи у фаготрофных протистов, пищеварительных ферментов у животных с полостным пищеварением, белков межклеточного вещества (матрикса) у животных, материала клеточной стенки у растений, сигнальных молекул (гормоны или нейромедиаторы).

Экзоцитоз Мембранные белки Матриксные белки

ЭКЗОЦИТОЗ 1) У эукариот различают два типа экзоцитоза: Кальций-независимый конститутивный экзоцитоз встречается практически во всех эукариотических клетках, необходим для построения внеклеточного матрикса и доставки белков на внешнюю клеточную мембрану. При этом секреторные везикулы доставляются к поверхности клетки и сливаются с наружной мембраной по мере их образования. 2) Кальций-зависимый неконститутивный экзоцитоз встречается, например, в химических синапсах или секреторных клетках и служит для выделения секретируемых веществ - нейромедиаторов и макромолекулярных гормонов. При этом типе экзоцитоза секреторные пузырьки накапливаются в клетке, а процесс их высвобождения запускается по определённому сигналу, опосредованному быстрым повышением концентрации ионов кальция в цитозоле клетки. В пресинаптических мембранах процесс осуществляется специальным кальций-зависимым белковым комплексом SNARE.

Экзоцитоз (молекулярный механизм): 1. Секреция (специфические вещества, образующиеся путём внутриклеточного синтеза - анаболизма). 2. Экскреция (продукты распада веществ – катаболизма). 3. Рекреция (вещества в неизменном виде: Н 2 О, ионы).

Молекулярная машина экзоцитоза нейромедиатора в синапсе. SNARE комплекс формируется за счёт образования 4 -х спиральной везикула сцепки между синаптобревином, синтаксином и SNAP-25. synaptotagmin Синаптотагмин служит кальциевым сенсором и внутренним регулятором образования белкового комплекса SNARE. synaptobrevin SNARE syntaxin SNAP-25

Экзоцитоз нейромедиатора в синапсе: Синаптические пузырьки с нейромедиатором Экзоцитоз нейромедиатора в синаптическую щель

Блокада синаптической передачи Важную роль в высвобождении ацетилхолина из синаптических пузырьков и осуществлении заключительных этапов экзоцитоза играет SNARE -комплекс, который выполняет роль крюка, цепляющего везикулы и доставляющего их к мембране для слияния. Ботулотоксин А парализует мышцу путем избирательного блокирования процесса высвобождения ацетилхолина в нервно-мышечный синапс. Bo. NT-A необратимо расщепляет белок SNAP-25, препятствуя, таким образом, сборке SNARE-комплекса. Передача нервного сигнала к мышце не осуществляется, мышца парализована и не может сокращаться.

Экзоцитоз (секреция): рис. Экзоцитоз осмнофильного пластинчатого тельца альвеолоцитами II типа (формирование сурфоктанта). Электронная микрофотография легких плода крысы на 21 -й день внутриутробного развития. Сурфакта нт - смесь поверхностно-активных веществ, находящаяся на границе воздухжидкость в лёгочных альвеолах, то есть выстилающая альвеолы изнутри; препятствует спадению (слипанию) альвеол за счёт снижения поверхностного натяжения жидкости. В последнее время мода на безжировое питание приводит к возникновению гипоксий у людей, которые не употребляют в пищу качественные жиры, т. к. сурфактант примерно на 90% состоит из жиров.

Активный транспорт микро- и макромолекул: Процесс Энергия Активный транспорт растворенных веществ АТФ Экзоцитоз Эндоцитоз АТФ Пример Передвижение ионов Выброс нейромедиаторов в синапсах Фагоцитоз (макрофаги иммунной системы)

Способы эндоцитоза макромолекул: Фагоцитоз Пиноцитоз Рецепторопосредованный пиноцитоз