Viene chiamato l'assorbimento di particelle di grandi dimensioni da parte di una cellula. Separazione e trasporto dei metaboliti

Le grandi molecole di biopolimeri non vengono praticamente trasportate attraverso le membrane, eppure possono entrare nella cellula a seguito dell'endocitosi. Si divide in fagocitosi e pinocitosi. Questi processi sono associati all'attività attiva e alla mobilità del citoplasma. Fagocitosi: cattura e assorbimento da parte della cellula particelle di grandi dimensioni(a volte anche cellule intere e loro parti). La fagocitosi e la pinocitosi procedono in modo molto simile, quindi questi concetti riflettono solo la differenza nei volumi delle sostanze assorbite. Ciò che hanno in comune è che le sostanze assorbite sulla superficie cellulare sono circondate da una membrana a forma di vacuolo, che entra nella cellula (vescicola fagocitotica o pinocitotica, fig. 19). I processi citati sono associati al consumo di energia; la cessazione della sintesi di ATP li inibisce completamente. Su una superficie cellule epiteliali rivestendo, ad esempio, le pareti intestinali, sono visibili numerosi microvilli, che aumentano notevolmente la superficie attraverso la quale avviene l'assorbimento. La membrana plasmatica partecipa anche alla rimozione delle sostanze dalla cellula; ciò avviene nel processo di esocitosi. In questo modo vengono rimossi ormoni, polisaccaridi, proteine, goccioline di grasso e altri prodotti cellulari. Sono racchiusi in vescicole delimitate da membrana e si avvicinano al plasmalemma. Entrambe le membrane si fondono e il contenuto della vescicola viene rilasciato nell'ambiente circostante la cellula.

Le cellule sono anche in grado di assorbire macromolecole e particelle utilizzando un meccanismo simile all'esocitosi, ma in ordine inverso. La sostanza assorbita viene progressivamente circondata da un piccolo tratto della membrana plasmatica, che viene prima invaginata e poi scissa, formando una vescicola intracellulare contenente il materiale catturato dalla cellula (Fig. 8-76). Questo processo di formazione di vescicole intracellulari attorno al materiale assorbito dalla cellula è chiamato endocitosi.

A seconda della dimensione delle vescicole formate si distinguono due tipi di endocitosi:

Liquidi e soluti vengono assorbiti continuamente dalla maggior parte delle cellule attraverso la pinocitosi, mentre le particelle di grandi dimensioni vengono assorbite principalmente da cellule specializzate, i fagociti. Pertanto, i termini "pinocitosi" ed "endocitosi" sono solitamente usati nello stesso senso.

La pinocitosi è caratterizzata dall'assorbimento e dalla distruzione intracellulare di composti macromolecolari come proteine ​​e complessi proteici, acidi nucleici, polisaccaridi, lipoproteine. Oggetto della pinocitosi come fattore di difesa immunitaria aspecifica sono, in particolare, le tossine microbiche.

Nella fig. B.1 mostra le fasi successive di cattura e digestione intracellulare delle macromolecole solubili situate nello spazio extracellulare (endocitosi delle macromolecole da parte dei fagociti). L'adesione di tali molecole alla cellula può avvenire in due modi: non specifico, come risultato dell'incontro casuale di molecole con la cellula, e specifico, che dipende dai recettori preesistenti sulla superficie della cellula pinocitica. In quest'ultimo caso le sostanze extracellulari agiscono come ligandi che interagiscono con i corrispondenti recettori.

L'adesione delle sostanze alla superficie cellulare porta all'invaginazione locale (invaginazione) della membrana, con conseguente formazione di una vescicola pinocitica molto piccola (circa 0,1 micron). Diverse vescicole che si uniscono formano una formazione più grande: un pinosoma. Nella fase successiva, i pinosomi si fondono con i lisosomi contenenti enzimi idrolitici che scompongono le molecole polimeriche in monomeri. Nei casi in cui il processo di pinocitosi si realizza attraverso l'apparato recettoriale, nei pinosomi, prima della fusione con i lisosomi, si osserva il distacco delle molecole catturate dai recettori, che ritornano sulla superficie cellulare come parte delle vescicole figlie.

Separazione e trasporto dei metaboliti

Grazie alla demarcazione dall'ambiente, la cellula conserva la sua individualità; grazie al trasporto, la cellula può vivere e funzionare. Entrambe queste funzioni si escludono a vicenda e sono complementari tra loro, ed entrambi i processi mirano a mantenere la costanza delle caratteristiche dell'ambiente interno: l'omeostasi cellulare.

Il trasporto dall'ambiente esterno alla cellula può essere attivo E passivo.

·Di trasporto attivo trasferimento di molti composti organici contro un gradiente di densità con consumo di energia dovuto alla scomposizione dell'ATP, con la partecipazione di sistemi di trasporto enzimatici.

·Il trasporto passivo viene effettuato per diffusione e garantisce il trasferimento di acqua, ioni e alcuni composti a basso peso molecolare.

Viene chiamato il trasporto di sostanze dall'ambiente esterno nella cellula endocitosi, viene chiamato il processo di rimozione delle sostanze dalla cellula esocitosi.

Endocitosi diviso per fagocitosi E pinocitosi.

Fagocitosi- questa è la cattura e l'assorbimento di particelle di grandi dimensioni (batteri, frammenti di altre cellule) da parte della cellula.

Pinocitosi- questa è la cattura di composti micromolecolari che si trovano allo stato disciolto (liquidi).

L'endocitosi avviene in diverse fasi successive:

1) Assorbimento- la superficie della membrana delle sostanze assorbite, il cui legame al plasmalemma è determinato dalla presenza di molecole recettrici sulla sua superficie.

2) Formazione di invaginazioni di plasmalemma nella cellula. Inizialmente le invaginazioni sembrano vescicole aperte e rotonde o invaginazioni profonde.

3) Slegando le invaginazioni dal plasmalemma. Le vescicole separate si trovano liberamente nel citoplasma sotto il plasmalemma. Le bolle possono fondersi tra loro.

4) Divisione delle particelle assorbite con l'aiuto di enzimi idrolitici provenienti dai lisosomi.

A volte esiste anche una tale opzione quando una particella viene assorbita da una superficie della cellula e, circondata da una biomembrana, passa attraverso il citoplasma e viene rimossa dalla cellula senza cambiamenti sulla superficie opposta della cellula. Questo fenomeno si chiama citopempisoma.

Esocitosi- è la rimozione dei prodotti di scarto cellulare all'esterno del citoplasma.

Esistono diversi tipi di esocitosi:

1) secrezione;

2) escrezione;

3) ricreazione;

4) clasmatosi.

Secrezione- rilascio da parte della cellula dei prodotti della sua attività di sintesi necessaria a garantirla funzioni fisiologiche organi e sistemi del corpo.

Escrezione- rilascio di prodotti metabolici tossici che devono essere eliminati all'esterno del corpo.

Ricreazione- rimozione dalla cellula dei composti che non cambiano la loro struttura chimica nel processo del metabolismo intracellulare (acqua, sali minerali).

Clasmatosi- rimozione dei singoli componenti strutturali esterni alla cellula.

L'esocitosi consiste in una serie di fasi successive:

1) accumulo di prodotti dell’attività sintetica della cellula sotto forma di grappoli circondati da una biomembrana all’interno delle sacche e delle vescicole del complesso del Golgi;

2) movimento di questi accumuli dalle regioni centrali del citoplasma alla periferia;

3) inclusione della biomembrana del sacco nel plasmalemma;

4) evacuazione del contenuto del sacco nello spazio intercellulare.

Ricezione

La percezione (ricezione) da parte della cellula di vari stimoli del microambiente viene effettuata con la partecipazione di speciali proteine ​​​​recettrici del plasmalemma. La specificità (selettività) dell'interazione della proteina recettore con un particolare stimolo è determinata dalla componente di carboidrati che fa parte di questa proteina. Il segnale ricevuto può essere trasmesso al recettore all'interno della cellula attraverso il sistema adenilato ciclasi, che è una delle sue vie.

Va notato che i complessi processi di ricezione costituiscono la base per il reciproco riconoscimento delle cellule e, in relazione a ciò, sono una condizione fondamentalmente necessaria per l'esistenza organismi multicellulari.

Contatti intercellulari (connessioni)

La connessione tra le cellule nei tessuti e negli organi degli organismi animali multicellulari è formata da complesse strutture speciali chiamate contatti intercellulari.

I contatti intercellulari strutturati sono particolarmente pronunciati nei tessuti del bordo tegumentario, negli epiteli.

Tutti i contatti intercellulari in base al loro scopo funzionale sono divisi in tre gruppi:

1) contatti di adesione intercellulare (adesivo);

2) isolante;

3) comunicazione.

~Il primo gruppo comprende: a) contatto semplice, b) contatto a serratura, c) desmosoma.

· Contatto semplice- questa è la convergenza del plasmalemma delle cellule vicine ad una distanza di 15-20 nm. Sul lato citoplasmatico, nessuna struttura speciale è adiacente a questa zona della membrana. Un tipo di contatto semplice è l'interdigitazione.

· Contatto di tipo bloccato- questa è una sporgenza della superficie del plasmalemma di una cellula nell'intussuscezione (invaginazione) di un'altra. Il ruolo della giunzione stretta è connettere meccanicamente le cellule tra loro. Questo tipo di connessioni intercellulari è caratteristico di molti epiteli dove collega le cellule in un unico strato, favorendo il loro fissaggio meccanico tra loro.

Lo spazio intermembrana (intercellulare) e il citoplasma nella zona “serrata” hanno le stesse caratteristiche delle zone di semplice contatto con una distanza di 10-20 nm.

· Desmosomaè una piccola area con un diametro fino a 0,5 μm, dove tra le membrane è presente un'area ad alta densità elettronica, talvolta con aspetto stratificato. Una sezione di sostanza elettrodensa è adiacente alla membrana plasmatica nella regione del desmosoma sul lato citoplasmatico in modo che strato interno la membrana appare ispessita. Sotto l'ispessimento c'è un'area di fibrille sottili che possono essere incorporate in una matrice relativamente densa. Queste fibrille spesso formano anse e ritornano nel citoplasma. I filamenti più sottili, originati da piastre dense nel citoplasma vicino alla membrana, passano nello spazio intercellulare, dove formano uno strato denso centrale. Questi "legamenti intermembrana" forniscono una connessione meccanica diretta tra reti di tonofilamenti di cellule epiteliali o di altro tipo adiacenti.

~Il secondo gruppo comprende:

a) contatto stretto.

· Denso Il contatto (di chiusura) è la zona in cui gli strati esterni delle due membrane plasmatiche sono il più vicini possibile. La struttura a tre strati della membrana a questo contatto è spesso visibile: i due strati osmiofili esterni di entrambe le membrane sembrano fondersi in uno strato comune spesso 2-3 nm. La fusione delle membrane non avviene sull'intera area di stretto contatto, ma rappresenta una serie di approcci puntiformi delle membrane. È stato stabilito che i punti di contatto delle membrane sono globuli di speciali proteine ​​integrali disposte in file. Queste file di globuli possono intersecarsi in modo da formare un reticolo o una rete. Dal lato citoplasmatico, in questa zona sono presenti numerose fibrille del diametro di 7 nm, che si trovano parallele al plasmalemma. La zona di contatto è impermeabile alle macromolecole e agli ioni, e quindi blocca e blocca le cavità intercellulari, isolandole dall'ambiente esterno. Questa struttura è caratteristica degli epiteli, soprattutto gastrici o intestinali.

~Il terzo gruppo comprende:

a) giunzione gap (nexus).

· Contatti a fessura- si tratta di connessioni di comunicazione tra cellule attraverso speciali complessi proteici - connessioni che partecipano alla trasmissione diretta sostanze chimiche da cellula a cellula.

La zona di tale connessione ha dimensioni di 0,5-3 micron e la distanza tra le membrane plasmatiche in quest'area è di 2-3 nm. Nella zona di questo contatto, le particelle si trovano esagonali: connettori con un diametro di 7-8 nm e un canale al centro largo 1,5 nm. Connecton è costituito da sei subunità della proteina connectina. I connessoni sono costruiti nella membrana in modo tale da penetrarla, coincidendo sulle membrane plasmatiche di due cellule vicine, si chiudono da un'estremità all'altra. Di conseguenza, viene stabilita una connessione chimica diretta tra i citoplasmi delle cellule. Questo tipo di contatto è tipico di tutti i tipi di tessuti.

Il trasporto vescicolare può essere suddiviso in due tipi: esocitosi - rimozione di prodotti macromolecolari dalla cellula, ed endocitosi - assorbimento delle macromolecole da parte della cellula.

Durante l'endocitosi, una certa area del plasmalemma cattura, avvolge, per così dire, materiale extracellulare, racchiudendolo in un vacuolo di membrana che nasce a causa dell'invaginazione della membrana plasmatica. Qualsiasi biopolimero, complesso macromolecolare, parte di cellula o anche cellula intera può entrare in un tale vacuolo primario, o endosoma, dove poi si disintegrano e si depolimerizzano in monomeri, che entrano nello ialoplasma attraverso il trasferimento transmembrana.

Nozioni di base significato biologico L'endocitosi è la produzione di elementi costitutivi attraverso la digestione intracellulare, che avviene nella seconda fase dell'endocitosi dopo la fusione dell'endosoma primario con un lisosoma, un vacuolo contenente una serie di enzimi idrolitici.

L’endocitosi è formalmente divisa in pinocitosi e fagocitosi.

La fagocitosi - la cattura e l'assorbimento di grandi particelle (a volte anche cellule o loro parti) da parte di una cellula - è stata descritta per la prima volta da I.I. Mechnikov. La fagocitosi, la capacità di una cellula di catturare particelle di grandi dimensioni, si verifica tra le cellule animali, sia unicellulari (ad esempio le amebe, alcuni ciliati predatori) che cellule specializzate di animali multicellulari. Cellule specializzate, fagociti

caratteristico sia degli animali invertebrati (amebociti del sangue o del fluido della cavità) che dei vertebrati (neutrofili e macrofagi). Come la pinocitosi, la fagocitosi può essere non specifica (ad esempio, l'assorbimento di particelle di oro colloidale o polimero destrano da parte di fibroblasti o macrofagi) e specifica, mediata da recettori sulla superficie della membrana plasmatica

cellule fagocitiche. Durante la fagocitosi si formano grandi vacuoli endocitici: fagosomi, che poi si fondono con i lisosomi per formare fagolisosomi.

La pinocitosi fu inizialmente definita come l'assorbimento di acqua o soluzioni acquose da parte di una cellula sostanze diverse. È ormai noto che sia la fagocitosi che la pinocitosi procedono in modo molto simile, e quindi l'uso di questi termini non può che riflettere differenze nei volumi e nella massa delle sostanze assorbite. Ciò che questi processi hanno in comune è che le sostanze assorbite sulla superficie della membrana plasmatica sono circondate da una membrana a forma di vacuolo, un endosoma, che si sposta nella cellula.

L'endocitosi, comprese la pinocitosi e la fagocitosi, può essere non specifica o costitutiva, permanente e specifica, mediata dai recettori. Endocitosi aspecifica

(pinocitosi e fagocitosi), così chiamata perché avviene come in modo automatico e spesso può portare alla cattura e all'assorbimento di sostanze del tutto estranee o indifferenti alla cellula, ad esempio,

particelle di fuliggine o coloranti.

Nella fase successiva, si verifica un cambiamento nella morfologia della superficie cellulare: si tratta della comparsa di piccole invaginazioni della membrana plasmatica, invaginazione o della comparsa sulla superficie della cellula di escrescenze, pieghe o "fronzoli" (rafl - in inglese), che sembrano sovrapporsi, piegarsi, separare piccoli volumi di mezzo liquido.

A questa ristrutturazione superficiale segue il processo di adesione e fusione delle membrane a contatto, che porta alla formazione di una vescicola penicitica (pinosoma), che si stacca dalla membrana cellulare.

superficie e si estende in profondità nel citoplasma. Sia l'endocitosi non specifica che quella recettoriale, che porta al distacco delle vescicole di membrana, si verificano in aree specializzate della membrana plasmatica. Queste sono le cosiddette fosse delimitate. Si chiamano così perché

Dal lato del citoplasma, la membrana plasmatica è ricoperta, rivestita, da un sottile strato fibroso (circa 20 nm), che in tratti ultrasottili sembra delimitare e coprire piccole invaginazioni e fossette. Questi pozzi lo sono

In quasi tutte le cellule animali occupano circa il 2% della superficie cellulare. Lo strato confinante è costituito principalmente dalla proteina clatrina, associata ad una serie di proteine ​​aggiuntive.

Queste proteine ​​si legano alle proteine ​​recettoriali integrali del citoplasma e formano uno strato di rivestimento lungo il perimetro del pinosoma emergente.

Dopo che la vescicola delimitata si separa dal plasmalemma e inizia a essere trasportata in profondità nel citoplasma, lo strato di clatrina si rompe, si dissocia e la membrana degli endosomi (pinosomi) acquisisce aspetto normale. Dopo la perdita dello strato di clatrina, gli endosomi iniziano a fondersi tra loro.

Endocitosi mediata da recettori. L'efficienza dell'endocitosi aumenta significativamente se è mediata da recettori di membrana che si legano a molecole della sostanza assorbita o a molecole situate sulla superficie dell'oggetto fagocitato - ligandi (dal lat. i^age - legarsi). Successivamente (dopo l'assorbimento della sostanza), il complesso recettore-ligando si scinde ed i recettori possono ritornare nel plasmalemma. Un esempio di interazione mediata da recettori è la fagocitosi di un batterio da parte di un leucocita.

Transcitosi(dal lat. 1gash - attraverso, attraverso e greco suYuz - cellula) un processo caratteristico di alcuni tipi di cellule, che combina le caratteristiche di endocitosi ed esocitosi. Su una superficie della cellula si forma una vescicola endocitotica, che viene trasferita sulla superficie opposta della cellula e, diventando una vescicola esocitotica, rilascia il suo contenuto nello spazio extracellulare.

Esocitosi

La membrana plasmatica partecipa alla rimozione delle sostanze dalla cellula mediante esocitosi, un processo inverso all'endocitosi.

Nel caso dell'esocitosi, i prodotti intracellulari, racchiusi in vacuoli o vescicole e delimitati dallo ialoplasma da una membrana, si avvicinano alla membrana plasmatica. Nei loro punti di contatto la membrana plasmatica e la membrana del vacuolo si fondono e la vescicola si svuota nell'ambiente circostante. Con l'aiuto dell'esocitosi, avviene il processo di riciclaggio delle membrane coinvolte nell'endocitosi.

L'esocitosi è associata al rilascio di varie sostanze sintetizzate nella cellula. Le cellule secernenti che rilasciano sostanze nell'ambiente esterno possono produrre e rilasciare composti a basso peso molecolare (acetilcolina, ammine biogene, ecc.), nonché, nella maggior parte dei casi, macromolecole (peptidi, proteine, lipoproteine, peptidoglicani, ecc.). L'esocitosi o la secrezione nella maggior parte dei casi avviene in risposta a un segnale esterno (impulso nervoso, ormoni, mediatori, ecc.). Sebbene in alcuni casi l'esocitosi avvenga costantemente (secrezione di fibronectina e collagene da parte dei fibroblasti).

41 .Reticolo endoplasmatico (reticolo).

Al microscopio ottico, dopo la fissazione e la colorazione, i fibriblasti mostrano che la periferia delle cellule (ectoplasma) è debolmente colorata, mentre la parte centrale delle cellule (endoplasma) accetta bene i coloranti. Così K. Porter nel 1945 vide al microscopio elettronico che la zona dell'endoplasma era piena un largo numero piccoli vacuoli e canali che si collegano tra loro e formano qualcosa come una rete allentata (reticolo). Si vide che gli ammassi di questi vacuoli e tubuli erano delimitati da sottili membrane. Ecco come è stato scoperto reticolo endoplasmatico, O reticolo endoplasmatico. Successivamente, negli anni '50, utilizzando il metodo delle sezioni ultrasottili, è stato possibile chiarire la struttura di questa formazione e rilevarne l'eterogeneità. La cosa più importante era che il reticolo endoplasmatico (ER) si trova in quasi tutti gli eucarioti.

Tale analisi al microscopio elettronico ha permesso di distinguere due tipi di ER: granulare (ruvido) e liscio.

Parte 3. Movimento transmembrana delle macromolecole

Le macromolecole sono in grado di essere trasportate attraverso la membrana plasmatica. Viene chiamato il processo mediante il quale le cellule assorbono grandi molecole endocitosi. Alcune di queste molecole (ad esempio, polisaccaridi, proteine ​​e polinucleotidi) fungono da fonte di nutrienti. L'endocitosi permette anche di regolare il contenuto di alcuni componenti della membrana, in particolare dei recettori ormonali. L'endocitosi può essere utilizzata per studiare le funzioni cellulari in modo più dettagliato. Le cellule di un tipo possono trasformarsi con DNA di un altro tipo e quindi cambiare il loro funzionamento o fenotipo.

In tali esperimenti vengono spesso utilizzati geni specifici, il che fornisce opportunità unica studiare i meccanismi della loro regolazione. La trasformazione delle cellule con l'aiuto del DNA viene effettuata mediante endocitosi: è così che il DNA entra nella cellula. La trasformazione viene solitamente effettuata in presenza di fosfato di calcio, poiché Ca 2+ stimola l'endocitosi e la precipitazione del DNA, che facilita il suo ingresso nella cellula per endocitosi.

Le macromolecole lasciano la cellula esocitosi. Sia l'endocitosi che l'esocitosi producono vescicole che si fondono o si staccano dalla membrana plasmatica.

3.1. Endocitosi: tipi di endocitosi e meccanismo

Tutte le cellule eucariotiche parte della membrana plasmatica si trova costantemente all'interno del citoplasma. Questo accade di conseguenza invaginazione di un frammento della membrana plasmatica, formazione scolastica vescicola endocitica , chiudendo il collo della vescicola e rilasciandola nel citoplasma insieme al contenuto (Fig. 18). Successivamente, le vescicole possono fondersi con altre strutture di membrana e, quindi, trasferire il loro contenuto in altri compartimenti cellulari o addirittura nello spazio extracellulare. La maggior parte delle vescicole endocitiche fondersi con i lisosomi primari E formano lisosomi secondari, che contengono enzimi idrolitici e sono organelli specializzati. Le macromolecole vengono digerite in essi in amminoacidi, zuccheri semplici e nucleotidi, che diffondono dalle vescicole e vengono utilizzati nel citoplasma.

Per l'endocitosi è necessario:

1) energia, la cui fonte è solitamente ATP;

2) extracellulare Ca2+;

3) elementi contrattili di una cellula(probabilmente sistemi di microfilamenti).

L'endocitosi può essere suddivisa tre tipologie principali:

1. Fagocitosi effettuato solo coinvolgendo cellule specializzate (Fig. 19), come macrofagi e granulociti. Durante la fagocitosi vengono assorbite particelle di grandi dimensioni: virus, batteri, cellule o loro frammenti. I macrofagi sono eccezionalmente attivi a questo riguardo e possono internalizzare il 25% del proprio volume in 1 ora, interiorizzando il 3% della membrana plasmatica ogni minuto o l'intera membrana ogni 30 minuti.

2. Pinocitosi inerente a tutte le cellule. Con il suo aiuto la cellula assorbe i liquidi e componenti in esso disciolti (Fig. 20). La pinocitosi in fase liquida è processo indiscriminato , in cui la quantità di soluto assorbito all'interno delle vescicole è semplicemente proporzionale alla sua concentrazione nel liquido extracellulare. Tali vescicole si formano esclusivamente attivamente. Ad esempio, nei fibroblasti la velocità di internalizzazione della membrana plasmatica è 1/3 della velocità caratteristica dei macrofagi. In questo caso, la membrana viene consumata più velocemente di quanto viene sintetizzata. Allo stesso tempo, la superficie e il volume della cellula non cambiano molto, indicando il ripristino della membrana per esocitosi o reincorporandola alla stessa velocità con cui viene consumata.

3. Endocitosi mediata da recettori(ricaptazione dei neurotrasmettitori) - endocitosi, in cui i recettori di membrana si legano a molecole della sostanza assorbita o a molecole situate sulla superficie dell'oggetto fagocitato - ligandi (dal latino ligare–legamento(Fig. 21) ) . Successivamente (dopo l'assorbimento di una sostanza o di un oggetto), il complesso recettore-ligando si scinde ed i recettori possono ritornare nel plasmalemma.

Un esempio di endocitosi mediata da recettori è la fagocitosi di un batterio da parte di un leucocita. Poiché il plasmalemma dei leucociti contiene recettori per le immunoglobuline (anticorpi), il tasso di fagocitosi aumenta se la superficie della parete cellulare batterica è ricoperta da anticorpi (opsonine - dal greco opson–stagionatura).

L'endocitosi mediata dal recettore è un processo attivo specifico in cui la membrana cellulare si gonfia all'interno della cellula, formando fosse delimitate . Il lato intracellulare della fossa delimitata contiene insieme di proteine ​​adattative (adattino, clatrina, che determina la necessaria curvatura del rigonfiamento, e altre proteine) (Fig. 22). Quando si lega un ligando dall'ambiente che circonda la cellula, le cavità delimitate formano vescicole intracellulari (vescicole delimitate). L'endocitosi mediata dal recettore è abilitata per l'assorbimento rapido e controllato del ligando appropriato nella cellula. Queste vescicole perdono rapidamente i loro confini e si fondono tra loro, formando vescicole più grandi: gli endosomi.

Clatrina– proteina intracellulare, il componente principale del guscio delle vescicole delimitate formate durante l'endocitosi del recettore (Fig. 23).

Le tre molecole di clatrina sono associate tra loro all'estremità C-terminale in modo tale che il trimero di clatrina abbia una forma triscele. Come risultato della polimerizzazione, la clatrina forma una rete tridimensionale chiusa simile a un pallone da calcio. La dimensione delle vescicole di clatrina è di circa 100 nm.

Le fosse delimitate possono occupare fino al 2% della superficie di alcune cellule. Le vescicole endocitiche contenenti lipoproteine ​​​​a bassa densità (LDL) e i loro recettori si fondono con i lisosomi nella cellula. I recettori vengono rilasciati e ritornano sulla superficie della membrana cellulare, l'apoproteina LDL viene scissa e il corrispondente estere del colesterolo viene metabolizzato. La sintesi dei recettori LDL è regolata da prodotti secondari o terziari della pinocitosi, cioè sostanze formate durante il metabolismo delle LDL, come il colesterolo.

3.2. Esocitosi: calcio-dipendente e calcio-indipendente.

La maggior parte delle cellule rilasciare macromolecole nell'ambiente esterno mediante esocitosi . Anche questo processo gioca un ruolo rinnovamento della membrana , quando i suoi componenti, sintetizzati nell'apparato di Golgi, vengono consegnati come parte di vescicole alla membrana plasmatica (Fig. 24).

Riso. 24. Confronto tra i meccanismi di endocitosi ed esocitosi.

Tra eso- ed endoctosi, oltre alla differenza nella direzione del movimento delle sostanze, esiste un'altra differenza significativa: quando esocitosi sta succedendo fusione di due monostrati interni situati sul lato citoplasmatico , mentre con endociosi i monostrati esterni si fondono.

Sostanze rilasciate per esocitosi, può essere diviso in tre categorie:

1) sostanze che si legano alla superficie cellulare e diventare proteine ​​periferiche, come antigeni;

2) sostanze incluse nella matrice extracellulare , come collagene e glicosaminoglicani;

3) sostanze rilasciate nell'ambiente extracellulare e fungere da molecole di segnalazione per altre cellule.

Negli eucarioti ci sono due tipi di esocitosi:

1. Indipendente dal calcio L'esocitosi costitutiva si verifica praticamente in tutte le cellule eucariotiche. Questo è un processo necessario per costruire la matrice extracellulare e fornire proteine ​​alla membrana cellulare esterna. In questo processo, le vescicole secretorie vengono rilasciate sulla superficie cellulare e si fondono con la membrana esterna man mano che si formano.

2. Dipendente dal calcio si verifica un'esocitosi non costitutiva, ad esempio, nelle sinapsi chimiche o nelle cellule che producono ormoni macromolecolari. Questa esocitosi serve, ad esempio, per rilasciare neurotrasmettitori. Con questo tipo di esocitosi, nella cellula si accumulano vescicole secretorie e il processo del loro rilascio è innescato da un certo segnale, mediato rapido aumento concentrazioni ioni calcio nel citosol della cellula. Nelle membrane presinaptiche, il processo viene eseguito da uno speciale complesso proteico dipendente dal calcio SNARE.

Trasporto vescicolare: endocitosi ed esocitosi

Macromolecole come proteine, acidi nucleici, polisaccaridi, complessi lipoproteici e altri attraverso membrane cellulari non passano, contrariamente a come vengono trasportati ioni e monomeri. Il trasporto delle micromolecole, dei loro complessi e delle particelle dentro e fuori la cellula avviene in un modo completamente diverso: attraverso il trasporto vescicolare. Questo termine significa che varie macromolecole, biopolimeri o i loro complessi non possono entrare nella cellula attraverso la membrana plasmatica. E non solo attraverso di essa: qualsiasi membrana cellulare non è in grado di trasferire biopolimeri transmembrana, ad eccezione delle membrane che hanno speciali trasportatori di complessi proteici: porine (membrane di mitocondri, plastidi, perossisomi). Le macromolecole entrano nella cellula o da un compartimento della membrana all'altro racchiuse all'interno di vacuoli o vescicole. Come trasporto vescicolare possono essere suddivisi in due tipologie: esocitosi- rimozione dei prodotti macromolecolari dalla cellula, e endocitosi- assorbimento delle macromolecole da parte della cellula (fig. 133).

Durante l'endocitosi, una certa area del plasmalemma cattura, avvolge, per così dire, materiale extracellulare, racchiudendolo in un vacuolo di membrana che nasce a causa dell'invaginazione della membrana plasmatica. In un tale vacuolo primario, o in endosoma, possono entrare biopolimeri, complessi macromolecolari, parti di cellule o anche cellule intere, dove poi si disintegrano e si depolimerizzano in monomeri che, attraverso il trasferimento transmembrana, entrano nello ialoplasma. Il principale significato biologico dell'endocitosi è la produzione di elementi costitutivi digestione intracellulare, che avviene nella seconda fase dell'endocitosi dopo la fusione dell'endosoma primario con il lisosoma, un vacuolo contenente una serie di enzimi idrolitici (vedi sotto).

L'endocitosi è formalmente divisa in pinocitosi E fagocitosi(Fig. 134). La fagocitosi - la cattura e l'assorbimento di grandi particelle (a volte anche cellule o loro parti) da parte di una cellula - è stata descritta per la prima volta da I.I. Mechnikov. La fagocitosi, la capacità di una cellula di catturare particelle di grandi dimensioni, si verifica tra le cellule animali, sia unicellulari (ad esempio le amebe, alcuni ciliati predatori) che cellule specializzate di animali multicellulari. Cellule specializzate, i fagociti, sono caratteristici sia degli animali invertebrati (amebociti del sangue o del fluido della cavità) che dei vertebrati (neutrofili e macrofagi). La pinocitosi fu inizialmente definita come l'assorbimento di acqua o soluzioni acquose di varie sostanze da parte di una cellula. È ormai noto che sia la fagocitosi che la pinocitosi procedono in modo molto simile, e quindi l'uso di questi termini non può che riflettere differenze nei volumi e nella massa delle sostanze assorbite. Ciò che questi processi hanno in comune è che le sostanze assorbite sulla superficie della membrana plasmatica sono circondate da una membrana a forma di vacuolo, un endosoma, che si sposta nella cellula.

L'endocitosi, comprese la pinocitosi e la fagocitosi, può essere non specifica o costitutiva, permanente e specifica, mediata dai recettori. Endocito non specifico h (pinocitosi e fagocitosi), così chiamata perché avviene come in modo automatico e spesso può portare alla cattura e all'assorbimento di sostanze del tutto estranee o indifferenti alla cellula, ad esempio particelle di fuliggine o coloranti.

L'endocitosi aspecifica è spesso accompagnata dall'iniziale assorbimento del materiale di cattura da parte del glicocalice del plasmalemma. A causa dei gruppi acidi dei suoi polisaccaridi, il glicocalice ha una carica negativa e si lega bene a vari gruppi di proteine ​​caricati positivamente. Con questa endocitosi aspecifica di adsorbimento, vengono assorbite macromolecole e piccole particelle (proteine ​​acide, ferritina, anticorpi, virioni, particelle colloidali). La pinocitosi in fase liquida porta all'assorbimento di molecole solubili insieme al mezzo liquido che non si legano al plasmalemma.

Nella fase successiva, si verifica un cambiamento nella morfologia della superficie cellulare: si tratta della comparsa di piccole invaginazioni della membrana plasmatica, invaginazione o della comparsa sulla superficie della cellula di escrescenze, pieghe o "fronzoli" (rafl - in inglese), che sembrano sovrapporsi, piegarsi, separare piccoli volumi di mezzo liquido (Fig. 135, 136). Il primo tipo di vescicola pinocitotica, il pinosoma, è caratteristico delle cellule epiteliali intestinali, delle cellule endoteliali e delle amebe; il secondo tipo è caratteristico dei fagociti e dei fibroblasti. Questi processi dipendono dall'apporto di energia: gli inibitori respiratori bloccano questi processi.

A questa ristrutturazione della superficie segue il processo di adesione e fusione delle membrane a contatto, che porta alla formazione di una vescicola penicitica (pinosoma), che si stacca dalla superficie cellulare e penetra in profondità nel citoplasma. Sia l'endocitosi non specifica che quella recettoriale, che porta al distacco delle vescicole di membrana, si verificano in aree specializzate della membrana plasmatica. Questi sono i cosiddetti fosse delimitate. Sono chiamate così perché sul versante citoplasmatico la membrana plasmatica è ricoperta, rivestita, da un sottile strato fibroso (circa 20 nm), che in sezioni ultrasottili sembra delimitare e coprire piccole invaginazioni e fossette (Fig. 137). Quasi tutte le cellule animali hanno queste cavità e occupano circa il 2% della superficie cellulare. Lo strato confinante è costituito principalmente da proteine clatrina, associato a una serie di proteine ​​aggiuntive. Tre molecole di clatrina, insieme a tre molecole di proteina a basso peso molecolare, formano la struttura di una triscele, che ricorda una svastica a tre raggi (Fig. 138). Triscele clatrina attiva superficie interna Gli alveoli della membrana plasmatica formano una rete sciolta composta da pentagoni ed esagoni, generalmente somigliante a un cesto. Lo strato di clatrina copre l'intero perimetro dei vacuoli endocitici primari separati, delimitati da vescicole.

Clathrin appartiene a uno dei tipi di cosiddetti. proteine ​​“della medicazione” (COP - proteine ​​rivestite). Queste proteine ​​si legano alle proteine ​​recettoriali integrali del citoplasma e formano uno strato di rivestimento lungo il perimetro del pinosoma emergente, la vescicola endosomiale primaria - una vescicola “bordata”. Alla separazione dell'endosoma primario partecipano anche le proteine, le dinamine, che polimerizzano attorno al collo della vescicola di separazione (figura 139).

Dopo che la vescicola delimitata si separa dal plasmalemma e inizia a essere trasportata in profondità nel citoplasma, lo strato di clatrina si disintegra, si dissocia e la membrana degli endosomi (pinosomi) assume il suo aspetto normale. Dopo la perdita dello strato di clatrina, gli endosomi iniziano a fondersi tra loro.

Si è riscontrato che le membrane delle fossette delimitate contengono relativamente poco colesterolo, il che può determinare la diminuzione della rigidità della membrana e favorire la formazione di vescicole. Il significato biologico della comparsa di un "rivestimento" di clatrina lungo la periferia delle vescicole potrebbe essere che esso assicura l'adesione delle vescicole delimitate agli elementi del citoscheletro e il loro successivo trasporto nella cellula, e impedisce la loro fusione tra loro. .

L'intensità della pinocitosi non specifica in fase liquida può essere molto elevata. Quindi cellula epiteliale intestino tenue forma fino a 1000 pinosomi al secondo e i macrofagi formano circa 125 pinosomi al minuto. La dimensione dei pinosomi è piccola, il loro limite inferiore è 60-130 nm, ma la loro abbondanza porta al fatto che durante l'endocitosi il plasmalemma viene rapidamente sostituito, come se “sprecato” nella formazione di tanti piccoli vacuoli. Quindi nei macrofagi l'intera membrana plasmatica viene sostituita in 30 minuti, nei fibroblasti in due ore.

L'ulteriore destino degli endosomi potrebbe essere diverso; alcuni di essi potrebbero ritornare sulla superficie cellulare e fondersi con essa, ma la maggior parte entra nel processo di digestione intracellulare. Gli endosomi primari contengono principalmente molecole estranee intrappolate nel mezzo liquido e non contengono enzimi idrolitici. gli endosomi possono fondersi tra loro e aumentare di dimensioni. Quindi si fondono con i lisosomi primari (vedi sotto), che introducono nella cavità dell'endosoma enzimi che idrolizzano vari biopolimeri. L'azione di queste idrolasi lisosomiali provoca la digestione intracellulare - la scomposizione dei polimeri in monomeri.

Come già indicato, durante la fagocitosi e la pinocitosi, le cellule perdono vasta area plasmalemma (vedi macrofagi), che però viene ripristinato abbastanza rapidamente durante il riciclo della membrana, per il ritorno dei vacuoli e la loro integrazione nel plasmalemma. Ciò si verifica a causa del fatto che piccole vescicole possono essere separate da endosomi o vacuoli, nonché da lisosomi, che si fondono nuovamente con il plasmalemma. Con tale riciclo si verifica una sorta di trasferimento “a navetta” delle membrane: plasmalemma - pinosoma - vacuolo - plasmalemma. Ciò porta al ripristino dell'area originale della membrana plasmatica. Si è riscontrato che con tale ritorno, riciclo delle membrane, tutto il materiale assorbito viene trattenuto nell'endosoma rimanente.

Specifica O mediata dal recettore L'endocitosi presenta una serie di differenze rispetto a quella non specifica. La cosa principale è che le molecole vengono assorbite, per le quali esistono recettori specifici sulla membrana plasmatica che sono associati solo a questo tipo di molecole. Spesso vengono chiamate tali molecole che si legano alle proteine ​​​​recettrici sulla superficie delle cellule ligandi.

L'endocitosi mediata dal recettore è stata descritta per la prima volta nell'accumulo di proteine ​​negli ovociti aviari. Le proteine ​​dei granuli di tuorlo, le vitellogenine, vengono sintetizzate in vari tessuti, ma poi entrano nelle ovaie attraverso il flusso sanguigno, dove si legano a speciali recettori di membrana degli ovociti e poi, attraverso l'endocitosi, entrano nella cellula, dove avviene la deposizione dei granuli di tuorlo.

Un altro esempio di endocitosi selettiva è il trasporto del colesterolo nella cellula. Questo lipide è sintetizzato nel fegato e, in combinazione con altri fosfolipidi e molecole proteiche, forma il cosiddetto. lipoproteine ​​​​a bassa densità (LDL), secrete dalle cellule del fegato e sistema circolatorio si diffonde in tutto il corpo (Fig. 140). Speciali recettori della membrana plasmatica, localizzati diffusamente sulla superficie di varie cellule, riconoscono la componente proteica delle LDL e formano uno specifico complesso recettore-ligando. Successivamente, un tale complesso si sposta nella zona delle fosse delimitate e viene internalizzato, circondato da una membrana e immerso in profondità nel citoplasma. È stato dimostrato che i recettori mutanti possono legarsi alle LDL, ma non si accumulano nella zona delle fosse delimitate. Oltre ai recettori LDL, ne sono stati scoperti più di due dozzine altri coinvolti nell'endocitosi dei recettori varie sostanze, utilizzano tutti lo stesso percorso di internalizzazione attraverso le fosse delimitate. Probabilmente il loro ruolo è quello di accumulare recettori: una stessa fossa delimitata può raccogliere circa 1000 recettori di classi diverse. Tuttavia, nei fibroblasti, gruppi di recettori LDL si trovano nella zona delle fossette delimitate, anche in assenza di ligando nel mezzo.

L'ulteriore destino della particella LDL assorbita è che subisca la disintegrazione nella composizione lisosoma secondario. Dopo che una vescicola delimitata carica di LDL viene immersa nel citoplasma, si verifica una rapida perdita dello strato di clatrina, le vescicole di membrana iniziano a fondersi tra loro, formando un endosoma - un vacuolo contenente particelle di LDL assorbite, associato anche ai recettori sulla superficie della membrana. Quindi il complesso ligando-recettore si dissocia e dall'endosoma si separano piccoli vacuoli, le cui membrane contengono recettori liberi. Queste vescicole vengono riciclate, incorporate nella membrana plasmatica e così i recettori ritornano sulla superficie cellulare. Il destino delle LDL è che, dopo la fusione con i lisosomi, vengono idrolizzate in colesterolo libero, che può essere incluso nelle membrane cellulari.

Gli endosomi sono caratterizzati da altro basso valore pH (pH 4-5), più acido di altri vacuoli cellulari. Ciò è dovuto alla presenza nelle loro membrane di proteine ​​che pompano protoni, che pompano ioni idrogeno con il contemporaneo consumo di ATP (ATPasi H+-dipendente). L'ambiente acido all'interno degli endosomi svolge un ruolo cruciale nella dissociazione di recettori e ligandi. Oltretutto, ambiente acidoè ottimale per l'attivazione degli enzimi idrolitici nella composizione dei lisosomi, che vengono attivati ​​dalla fusione dei lisosomi con gli endosomi e portano alla formazione endolisosomi, in cui avviene la decomposizione dei biopolimeri assorbiti.

In alcuni casi, il destino dei ligandi dissociati non è correlato all'idrolisi lisosomiale. Pertanto, in alcune cellule, dopo che i recettori della membrana plasmatica si legano a determinate proteine, i vacuoli rivestiti di clatrina vengono immersi nel citoplasma e trasferiti in un'altra area della cellula, dove si fondono nuovamente con la membrana plasmatica e le proteine ​​legate si dissociano da i recettori. In questo modo avviene il trasferimento, la transcitosi, di alcune proteine ​​attraverso la parete della cellula endoteliale dal plasma sanguigno all'ambiente intercellulare (Fig. 141). Un altro esempio di transcitosi è il trasferimento di anticorpi. Quindi nei mammiferi gli anticorpi della madre possono essere trasmessi al bambino attraverso il latte. In questo caso, il complesso recettore-anticorpo rimane invariato nell'endosoma.

Fagocitosi

Come già accennato, la fagocitosi è una variante dell'endocitosi ed è associata all'assorbimento da parte della cellula di grandi aggregati di macromolecole, comprese cellule vive o morte. Come la pinocitosi, la fagocitosi può essere non specifica (ad esempio, l'assorbimento di particelle di oro colloidale o polimero destrano da parte di fibroblasti o macrofagi) e specifica, mediata da recettori sulla superficie della membrana plasmatica delle cellule fagocitiche. Durante la fagocitosi si formano grandi vacuoli endocitici - fagosoma, che poi si fondono con i lisosomi per formarsi fagolisosomi.

Sulla superficie delle cellule capaci di fagocitosi (nei mammiferi questi sono neutrofili e macrofagi) è presente una serie di recettori che interagiscono con le proteine ​​ligando. Cosi quando infezioni batteriche gli anticorpi contro le proteine ​​batteriche si legano alla superficie cellule batteriche, formando uno strato in cui le regioni F c degli anticorpi sono rivolte verso l'esterno. Questo strato è riconosciuto da recettori specifici sulla superficie dei macrofagi e dei neutrofili e, nei siti del loro legame, l'assorbimento del batterio inizia avvolgendolo nella membrana plasmatica della cellula (Fig. 142).

Esocitosi

La membrana plasmatica prende parte alla rimozione delle sostanze dalla cellula utilizzando esocitosi- un processo inverso all'endocitosi (vedi Fig. 133).

Nel caso dell'esocitosi, i prodotti intracellulari, racchiusi in vacuoli o vescicole e delimitati dallo ialoplasma da una membrana, si avvicinano alla membrana plasmatica. Nei loro punti di contatto la membrana plasmatica e la membrana del vacuolo si fondono e la vescicola si svuota nell'ambiente circostante. Con l'aiuto dell'esocitosi, avviene il processo di riciclaggio delle membrane coinvolte nell'endocitosi.

L'esocitosi è associata al rilascio di varie sostanze sintetizzate nella cellula. Le cellule secernenti che rilasciano sostanze nell'ambiente esterno possono produrre e rilasciare composti a basso peso molecolare (acetilcolina, ammine biogene, ecc.), nonché, nella maggior parte dei casi, macromolecole (peptidi, proteine, lipoproteine, peptidoglicani, ecc.). L'esocitosi o la secrezione nella maggior parte dei casi avviene in risposta a un segnale esterno (impulso nervoso, ormoni, mediatori, ecc.). Sebbene in alcuni casi l'esocitosi avvenga costantemente (secrezione di fibronectina e collagene da parte dei fibroblasti). Allo stesso modo, dal citoplasma cellule vegetali Alcuni polisaccaridi (emicellulose) coinvolti nella formazione delle pareti cellulari vengono escreti.

La maggior parte delle sostanze secrete vengono utilizzate da altre cellule di organismi multicellulari (secrezione del latte, succhi digestivi, ormoni, ecc.). Ma spesso le cellule secernono sostanze per i propri bisogni. Ad esempio, la crescita della membrana plasmatica avviene grazie all'incorporazione di sezioni di membrana all'interno di vacuoli esocitotici, alcuni elementi del glicocalice vengono secreti dalla cellula sotto forma di molecole di glicoproteina, ecc.

Gli enzimi idrolitici isolati dalle cellule mediante esocitosi possono essere assorbiti nello strato di glicocalice e forniscono la rottura extracellulare vicino alla membrana di vari biopolimeri e molecole organiche. La digestione non cellulare vicino alla membrana è di grande importanza per gli animali. Si è scoperto che nell'epitelio intestinale dei mammiferi, nella zona del cosiddetto orletto a spazzola dell'epitelio assorbente, particolarmente ricca di glicocalice, si trova un numero enorme di enzimi diversi. Alcuni di questi stessi enzimi sono di origine pancreatica (amilasi, lipasi, varie proteinasi, ecc.), mentre altri sono secreti dalle cellule epiteliali stesse (esoidrolasi, che scompongono prevalentemente oligomeri e dimeri per formare prodotti di trasporto).

Ruolo recettoriale del plasmalemma

Abbiamo già riscontrato questa caratteristica della membrana plasmatica quando ci siamo familiarizzati con la sua funzioni di trasporto. Anche le proteine ​​di trasporto e le pompe sono recettori che riconoscono e interagiscono con determinati ioni. Le proteine ​​​​recettrici si legano ai ligandi e partecipano alla selezione delle molecole che entrano nelle cellule.

Tali recettori sulla superficie cellulare possono essere proteine ​​di membrana o elementi del glicocalice - glicoproteine. Tali aree sensibili alle singole sostanze possono essere sparse sulla superficie della cellula o raccolte in piccole zone.

Cellule diverse di organismi animali possono avere diversi set di recettori o diversa sensibilità dello stesso recettore.

Il ruolo di molti recettori cellulari non è solo il legame di sostanze specifiche o la capacità di rispondere ad esse fattori fisici, ma anche nella trasmissione di segnali intercellulari dalla superficie alla cellula. Attualmente, il sistema di trasmissione del segnale alle cellule che utilizzano determinati ormoni, che includono catene peptidiche, è stato ben studiato. È stato scoperto che questi ormoni si legano a recettori specifici sulla superficie della membrana plasmatica della cellula. I recettori, dopo essersi legati all'ormone, attivano un'altra proteina situata nella parte citoplasmatica della membrana plasmatica: l'adenilato ciclasi. Questo enzima sintetizza la molecola di AMP ciclico dall'ATP. Il ruolo dell'AMP ciclico (cAMP) è quello di essere un messaggero secondario - un attivatore di enzimi - chinasi che causano modifiche di altre proteine ​​enzimatiche. Pertanto, quando l'ormone pancreatico glucagone, prodotto dalle cellule A delle isole di Langerhans, agisce sulla cellula epatica, l'ormone si lega a un recettore specifico, che stimola l'attivazione dell'adenilato ciclasi. Il cAMP sintetizzato attiva la proteina chinasi A, che a sua volta attiva una cascata di enzimi che alla fine scompone il glicogeno (un polisaccaride di deposito animale) in glucosio. L'effetto dell'insulina è opposto: stimola l'ingresso del glucosio nelle cellule del fegato e la sua deposizione sotto forma di glicogeno.

In generale, la catena degli eventi si svolge nel seguente modo: l'ormone interagisce specificamente con la parte recettoriale di questo sistema e, senza penetrare nella cellula, attiva l'adenilato ciclasi, che sintetizza il cAMP, che attiva o inibisce un enzima o un gruppo di enzimi intracellulari. Pertanto, il comando, il segnale dalla membrana plasmatica viene trasmesso alla cellula. L'efficienza di questo sistema adenilato ciclasi è molto elevata. Pertanto, l'interazione di una o più molecole ormonali può portare, attraverso la sintesi di molte molecole di cAMP, ad amplificare il segnale migliaia di volte. In questo caso, il sistema adenilato ciclasi funge da trasduttore di segnali esterni.

Esiste un altro modo in cui vengono utilizzati altri messaggeri secondari: questo è il cosiddetto. via del fosfatidilinositolo. Sotto l'influenza di un segnale corrispondente (alcuni mediatori nervosi e proteine), viene attivato l'enzima fosfolipasi C, che scompone il fosfolipide fosfatidilinositolo difosfato, che fa parte della membrana plasmatica. I prodotti dell'idrolisi di questo lipide, da un lato, attivano la proteina chinasi C, che provoca l'attivazione di una cascata di chinasi, che porta ad alcune reazioni cellulari, e dall'altro porta al rilascio di ioni calcio, che regola tutta la linea processi cellulari.

Un altro esempio di attività dei recettori sono i recettori dell'acetilcolina, un importante neurotrasmettitore. Acetilcolina, rilasciata da terminazione nervosa, si lega al recettore su fibra muscolare, provoca un ingresso pulsato di Na+ nella cellula (depolarizzazione della membrana), aprendo immediatamente circa 2000 canali ionici nella zona delle terminazioni neuromuscolari.

La diversità e la specificità degli insiemi di recettori sulla superficie cellulare portano alla creazione di molto sistema complesso marcatori che ti permettono di distinguere le tue cellule (dello stesso individuo o della stessa specie) dalle altre. Celle simili entrano in interazioni tra loro, portando all'adesione delle superfici (coniugazione in protozoi e batteri, formazione di complessi cellulari tissutali). In questo caso, le cellule che differiscono nell'insieme dei marcatori determinanti o che non li percepiscono vengono escluse da tale interazione, oppure negli animali superiori vengono distrutte di conseguenza reazioni immunologiche(vedi sotto).

Localizzazione associata alla membrana plasmatica recettori specifici reattivo ai fattori fisici. Pertanto, le proteine ​​​​recettrici (clorofille) che interagiscono con i quanti di luce sono localizzate nella membrana plasmatica o nei suoi derivati ​​nei batteri fotosintetici e nelle alghe blu-verdi. Nella membrana plasmatica delle cellule animali sensibili alla luce è presente uno speciale sistema di proteine ​​fotorecettrici (rodopsina), con l'aiuto del quale il segnale luminoso viene convertito in un segnale chimico, che a sua volta porta alla generazione di un impulso elettrico.

Riconoscimento intercellulare

Negli organismi multicellulari, a causa delle interazioni intercellulari, si formano complessi cellulari, il cui mantenimento può essere effettuato in diversi modi. Nei tessuti germinali ed embrionali, soprattutto nelle prime fasi di sviluppo, le cellule rimangono connesse tra loro grazie alla capacità delle loro superfici di aderire tra loro. Questa proprietà adesione(connessione, adesione) delle cellule può essere determinato dalle proprietà della loro superficie, che interagiscono specificamente tra loro. Il meccanismo di queste connessioni è abbastanza ben studiato; è assicurato dall'interazione tra glicoproteine ​​delle membrane plasmatiche. Con tale interazione intercellulare tra le cellule, tra le membrane plasmatiche rimane uno spazio largo circa 20 nm, pieno di glicocalice. Il trattamento dei tessuti con enzimi che interrompono l'integrità del glicocalice (mucase che agiscono idroliticamente sulle mucine, mucopolisaccaridi) o danneggiano la membrana plasmatica (proteasi) porta alla separazione delle cellule le une dalle altre e alla loro dissociazione. Tuttavia, se il fattore di dissociazione viene rimosso, le cellule possono riassemblarsi e riaggregarsi. In questo modo puoi dissociare cellule di spugne di diversi colori, arancione e giallo. Si è scoperto che in una miscela di queste cellule si formano due tipi di aggregati: costituiti solo da cellule gialle e solo da cellule arancioni. In questo caso le sospensioni cellulari miste si auto-organizzano, ripristinando la struttura multicellulare originaria. Risultati simili sono stati ottenuti con sospensioni di cellule separate da embrioni di anfibi; in questo caso avviene la separazione spaziale selettiva delle cellule dell'ectoderma dall'endoderma e dal mesenchima. Inoltre, se i tessuti vengono utilizzati per la riaggregazione fasi tardive sviluppo degli embrioni, quindi in una provetta si assemblano indipendentemente vari insiemi cellulari con specificità di tessuto e organo, si formano aggregati epiteliali simili ai tubuli renali, ecc.

È stato scoperto che le glicoproteine ​​​​transmembrana sono responsabili dell'aggregazione di cellule omogenee. Le cosiddette molecole sono direttamente responsabili della connessione, dell'adesione, delle cellule. Proteine ​​CAM (molecole di adesione cellulare). Alcuni di essi collegano le cellule tra loro attraverso interazioni intermolecolari, altri formano speciali connessioni o contatti intercellulari.

Possono esserci interazioni tra proteine ​​di adesione omofilo quando le cellule vicine comunicano tra loro utilizzando molecole omogenee, eterofilo quando partecipano all'adesione vari tipi CAM su celle vicine. Il legame intercellulare avviene attraverso ulteriori molecole di collegamento.

Esistono diverse classi di proteine ​​CAM. Queste sono caderine, N-CAM immunoglobuline-simili (molecole di adesione delle cellule nervose), selectine e integrine.

Caderine sono proteine ​​integrali della membrana fibrillare che formano omodimeri paralleli. I singoli domini di queste proteine ​​sono associati agli ioni Ca 2+, il che conferisce loro una certa rigidità. Esistono più di 40 specie di caderine. Pertanto, l'E-caderina è caratteristica delle cellule di embrioni preimpiantati e delle cellule epiteliali di organismi adulti. La P-caderina è caratteristica delle cellule del trofoblasto, della placenta e dell'epidermide; la N-caderina si trova sulla superficie delle cellule nervose, delle cellule del cristallino, dei muscoli cardiaci e scheletrici.

Molecole di adesione delle cellule nervose(N-CAM) appartengono alla superfamiglia delle immunoglobuline, formano legami tra cellule nervose. Alcune N-CAM sono coinvolte nella connessione delle sinapsi e nell'adesione delle cellule del sistema immunitario.

Selezioni anche le proteine ​​integrali della membrana plasmatica sono coinvolte nell'adesione delle cellule endoteliali, nel legame piastrine nel sangue, leucociti.

Integrine sono eterodimeri, con catene a e b. Le integrine comunicano principalmente tra cellule e substrati extracellulari, ma possono anche partecipare all'adesione delle cellule tra loro.

Riconoscimento di proteine ​​estranee

Come già indicato, una reazione complessa e complessa si sviluppa quando macromolecole estranee (antigeni) entrano nel corpo - reazione immunitaria. La sua essenza sta nel fatto che alcuni linfociti producono proteine ​​speciali - anticorpi, che si legano specificamente agli antigeni. Ad esempio, i macrofagi riconoscono i complessi antigene-anticorpo con i loro recettori di superficie e li assorbono (ad esempio, l'assorbimento dei batteri durante la fagocitosi).

Nell'organismo di tutti i vertebrati, inoltre, esiste un sistema di ricezione di cellule estranee o proprie, ma con proteine ​​della membrana plasmatica alterate, ad esempio quando infezione virale o con mutazioni spesso associate alla degenerazione tumorale delle cellule.

Sulla superficie di tutte le cellule dei vertebrati ci sono le proteine, le cosiddette. complesso maggiore di istocompatibilità(complesso maggiore di istocompatibilità - MHC). Queste sono proteine ​​integrali, glicoproteine, eterodimeri. È molto importante ricordare che ogni individuo ha il proprio set di tali proteine ​​MHC. Ciò è dovuto al fatto che sono molto polimorfici, perché Ogni individuo ha un gran numero di forme alterative dello stesso gene (più di 100), inoltre esistono 7-8 loci che codificano per molecole MHC. Ciò si traduce in ogni cella di un dato organismo, avendo un insieme di proteine ​​MHC, differiranno dalle cellule di un individuo della stessa specie. Una forma speciale di linfociti, i linfociti T, riconoscono l'MHC del proprio corpo, ma il minimo cambiamento nella struttura dell'MHC (ad esempio, l'associazione con un virus o il risultato di una mutazione in singole cellule) porta al fatto che i linfociti T riconoscono tali cellule modificate e le distruggono, ma non mediante fagocitosi. Secernono specifiche proteine ​​​​perforina dai vacuoli secretori, che sono integrati nella membrana citoplasmatica della cellula alterata, formano in essa canali transmembrana, rendendo permeabile la membrana plasmatica, che porta alla morte della cellula alterata (Fig. 143, 144).

Connessioni intercellulari speciali

Oltre a tali connessioni adesive (ma specifiche) relativamente semplici (Fig. 145), esistono una serie di strutture, contatti o connessioni intercellulari speciali che svolgono funzioni specifiche. Si tratta di collegamenti di bloccaggio, ancoraggio e comunicazione (Fig. 146).

Chiusura O connessione stretta caratteristico degli epiteli a strato singolo. Questa è la zona in cui gli strati esterni delle due membrane plasmatiche sono il più vicini possibile. La struttura a tre strati della membrana a questo contatto è spesso visibile: i due strati osmofili esterni di entrambe le membrane sembrano fondersi in uno strato comune spesso 2-3 nm. La fusione delle membrane non avviene su tutta l'area di stretto contatto, ma rappresenta una serie di convergenze puntuali delle membrane (Fig. 147a, 148).

Utilizzando preparazioni planari di fratture della membrana plasmatica nella zona di stretto contatto, utilizzando il metodo di congelamento e scheggiatura, si è scoperto che i punti di contatto delle membrane erano file di globuli. Si tratta delle proteine ​​occludina e claudina, speciali proteine ​​integrali della membrana plasmatica, incastonate in file. Tali file di globuli o strisce possono intersecarsi in modo tale da formare una sorta di reticolo o rete sulla superficie della scissione. Questa struttura è molto caratteristica degli epiteli, soprattutto di quelli ghiandolari e intestinali. In quest'ultimo caso, il contatto stretto forma una zona continua di fusione delle membrane plasmatiche, circondando la cellula nella sua parte apicale (superiore, guardando nel lume intestinale) (Fig. 148). Pertanto, ciascuna cella dello strato è, per così dire, circondata da un nastro di questo contatto. Con colorazioni speciali tali strutture possono essere osservate anche al microscopio ottico. Hanno ricevuto il nome dai morfologi piastre terminali. Si è scoperto che in questo caso il ruolo della giunzione stretta di chiusura non è solo la connessione meccanica delle cellule tra loro. Questa zona di contatto è poco permeabile alle macromolecole e agli ioni, e quindi blocca e blocca le cavità intercellulari, isolandole (e con esse le vere e proprie ambiente interno corpo) dall'ambiente esterno (in questo caso, il lume intestinale).

Ciò può essere dimostrato utilizzando mezzi di contrasto densi di elettroni come la soluzione di idrossido di lantanio. Se il lume dell'intestino o il condotto di qualsiasi ghiandola è riempito con una soluzione di idrossido di lantanio, nelle sezioni sotto microscopio elettronico le zone in cui si trova questa sostanza hanno un'alta densità di elettroni e saranno buie. Si è scoperto che né la zona di stretto contatto né spazi intercellulari, sdraiato sotto di esso, non scurirsi. Se le giunzioni strette vengono danneggiate (mediante un leggero trattamento enzimatico o la rimozione degli ioni Ca++), il lantanio penetra nelle aree intercellulari. Allo stesso modo, è stato dimostrato che le giunzioni strette sono impermeabili all’emoglobina e alla ferritina nei tubuli renali.