Пиноцитоз - это что такое? Характеристика, этапы и механизмы осуществления пиноцитоза Пиноцитоз является функцией

Многие полагают, что клетка представляет собой низший уровень организации живой материи . Однако на самом деле клетка - это сложный организм, развитие которого из примитивной формы, впервые появившейся на Земле и напоминавшей нынешний вирус, заняло сотни миллиардов лет. На рисунке ниже приведена схема, отражающая относительные размеры: (1) мельчайшего из известных вирусов; (2) крупного вируса; (3) риккетсии; (4) бактерии; (5) ядросодержащей клетки. На рисунке видно, что диаметр клетки в 10 , а объем - в 10 раз больше размера мельчайшего вируса.
Особенности строения и функции клеток по сложности во много раз превышают таковые у вирусов.

Основа жизнедеятельности вируса заключена в молекуле нуклеиновой кислоты , покрытой белковой оболочкой. Нуклеиновая кислота, как и в клетках млекопитающих, представлена либо ДНК, либо РНК, которые при определенных условиях способны самокопироваться. Таким образом, вирус, как и клетки человека, воспроизводится от поколения к поколению, поддерживая свой «род».

В результате эволюции в состав организма наряду с нуклеиновыми кислотами и простыми белками вошли другие вещества, а различные отделы вируса начали выполнять специализированные функции. Вокруг вируса сформировалась мембрана, появился жидкий матрикс. Вещества, сформированные в матриксе, стали выполнять особые функции, появились ферменты, способные катализировать ряд химических реакций, которые в итоге и определяют жизнедеятельность организма.

На следующих ступенях развития, в частности на стадиях риккетсий и бактерий, появляются внутриклеточные органеллы, с помощью которых отдельные функции выполняются более эффективно, чем с помощью веществ, диффузно распределенных в матриксе.

Наконец, в ядросодержащей клетке возникают более сложные органеллы, важнейшим из которых является само ядро. Наличие ядра отличает данный тип клеток от более низких форм жизни; ядро осуществляет контроль над всеми функциями клетки и так организует процесс деления, что последующее поколение клеток оказывается почти идентичным клетке-предшественнику.

Эндоцитоз - захват веществ клеткой. Живая, растущая и делящаяся клетка должна получать питательные и другие вещества из окружающей жидкости. Большая часть веществ проникает через мембрану путем диффузии и активного транспорта. Под диффузией подразумевается простой неупорядоченный перенос молекул вещества через мембрану, которые проникают в клетку чаще через поры, а жирорастворимые вещества - непосредственно через липидный бислой.
Активный транспорт - это перенос веществ через толщу мембраны с помощью белка-переносчика. Механизмы активного транспорта крайне важны для деятельности клетки.

Частицы большого размера попадают в клетку путем процесса, называемого эндоцитозом. Главные виды эндоцитоза - пиноцитоз и фагоцитоз. Пиноцитозом называют захват и перенос в цитоплазму небольших пузырьков с внеклеточной жидкостью и микрочастицами. Фагоцитоз обеспечивает захват крупных элементов, включая бактерии, целые клетки или фрагменты поврежденных тканей.

Пиноцитоз . Пиноцитоз происходит постоянно, а в некоторых клетках - весьма активно. Так, в макрофагах этот процесс происходит настолько интенсивно, что за 1 мин около 3% общей площади мембраны преобразуется в пузырьки. Однако размеры пузырьков крайне малы - всего 100-200 нм в диаметре, поэтому их можно увидеть только при электронной микроскопии.

Пиноцитоз - единственный способ, благодаря которому большинство макромолекул могут проникать в клетку. Интенсивность пиноцитоза возрастает, когда такие молекулы соприкасаются с мембраной.

Как правило, белки присоединяются к поверхностным рецепторам мембраны , которые высокоспецифичны к абсорбируемым видам белков. Рецепторы концентрируются в основном в области мельчайших углублений на наружной поверхности мембраны, которые называют окаймленными ямками. Дно ямок со стороны цитоплазмы выстлано сетевидной конструкцией из фибриллярного белка клатрина, который, как и другие сократительные белки, содержит нити актина и миозина. Присоединение белковой молекулы к рецептору меняет форму мембраны в области ямки благодаря сократительным белкам: ее края смыкаются, мембрана все больше погружается в цитоплазму, захватывая молекулы белка вместе с небольшим количеством внеклеточной жидкости. Сразу после замыкания краев происходит отрыв пузырька от наружной мембраны клетки и формирование пиноцитозной вакуоли внутри цитоплазмы.

Пока не ясно, почему происходит деформация мембраны , необходимая для образования пузырьков. Известно, что этот процесс энергозависимый, т.е. требует макроэргического вещества АТФ, роль которого обсуждается далее. Присутствие ионов кальция во внеклеточной жидкости, по всей вероятности, также необходимо для взаимодействия с лежащими в области дна окаймленных ямок с сократительными филаментами, которые создают усилие, необходимое для отщепления пузырьков от наружной мембраны клетки.

4.7. Эндоцитоз (фагоцитоз и пиноцитоз)

В секреторных клетках многоклеточных организмов продукты секреции выделяются через клеточную мембрану во внеклеточное пространство. Место и условия, в которых продукты секреции осуществляют свои функции (например, просвет кишечника, синаптическая щель или сыворотка крови), определяются свойствами анатомически обособленного пространства, куда попадают эти продукты. Однако у примитивных, свободно живущих организмов, таких, как амеба, подобное неограниченное разбазаривание ресурсов во внешней среде было бы крайне неэкономичным. Клеткам многоклеточных организмов, выполняющим функции защиты и очистки, было бы также невыгодно в некоторых ситуациях (таких, как деструкция болезнетворных бактерий или чужеродных белков) распылять свое содержимое вместо того, чтобы направить его в концентрированной форме против чужеродного агента.

Фагоцитоз (рис. 88) и пиноцитоз, обозначаемые вместе термином эндоцитоз, являются процессами, при которых соответственно осуществляется транспорт твердых и жидких материалов из внеклеточного пространства внутрь клетки. Здесь захваченные частицы находятся отдельно от содержимого клетки либо в крупных вакуолях, либо в небольших пузырьках. Слияние мембран этих структурных образований с мембранами внутриклеточных органелл (таких, как лизосомы или какие-либо иные гранулы, наполненные ферментами) приводит к смешению содержимого двух взаимодействующих систем и как следствие к модификации поглощенного материала в замкнутом, отделенном от цитоплазмы пространстве.

У примитивных организмов описанные процессы имеют непосредственное отношение к их питанию, и внутриклеточные вакуоли, образованные в результате слияния эндоцитозных вакуолей и лизосом, можно рассматривать как первичным пищеварительный аппарат: низкомолекулярные продукты поступают в цитоплазму, а непереваренный материал выбрасывается из клетки.

Функция фагоцитоза, присущая полиморфноядерным лейкоцитам крови и тканей млекопитающих, направлена на изоляцию и уничтожение проникающих в организм патогенов. В складывающейся при этом ситуации клетки могут уничтожить проникшие в них бактерии по крайней мере четырьмя способами: 1) путем интенсивного окисления перекисью, которую они способны локально синтезировать; 2) с помощью основных белков, обладающих антибактериальной активностью; 3) с помощью лизосомных ферментов и, наконец, 4) с помощью лизоцима. Уничтожение захваченного клеткой микроорганизма осуществляется очень быстро, однако его переваривание протекает относительно медленно. Образующиеся в клетках бактерицидные агенты хранятся в двух различных типах гранул, развившихся из комплекса Гольджи при дифференцировке клеток в костном мозге. В процессе фагоцитоза содержимое гранул обоих типов вливается в вакуоли, в которых находятся перевариваемые частицы.

У амебы процесс выделения содержимого гранул и лизосом в фагоцитозные вакуоли протекает аналогично секреции макромолекул клетками многоклеточных организмов, с той лишь разницей, что при фагоцитозе участок клеточной мембраны, формирующий вакуоль, находится во внутриклеточном пространстве.

Поглощение веществ при пинодитозе не следует рассматривать просто как неспецифический захват внеклеточной жидкости. Процесс этот направлен на аккумуляцию клетками различных молекул из окружающей среды. Пиноцитозные вакуоли имеют небольшой размер (обычно ниже разрешающей способности светового микроскопа), но содержатся в клетке в очень большом количестве. Образуются эти вакуоли из характерных впячиваний плазматической мембраны. В местах формирования пиноцитозных пузырьков плазматическая мембрана теряет свои четкие очертания, что предполагает модификацию участка мембраны, предназначенного для впячивания.

Пиноцитоз характерен для клеток различного типа, однако наиболее полно он изучен у амебы, пиноцитозные пузырьки которой имеют сравнительно крупные размеры (рис. 89). У амебы в центре псевдоподий формируются каналы (впячивания плазматической мембраны), и от основания этих цилиндрических впячиваний мембраны отпочковываются пиноцитозные пузырьки. Процесс образования пузырьков протекает особенно быстро, если внеклеточный раствор содержит соли или белки в высоких концентрациях. Наблюдения за пиноцитозом "меченых" белков, например белков, конъюгировавших с флуоресцеином или ферритином, показали, что накопление белковых молекул в клетках протекает с высокой скоростью. Первая стадия пиноцитоза, по-видимому независимая от энергии метаболизма, представляет собой адсорбцию белков на развитой поверхности клеточной мембраны, затем следует энергозависимый процесс формирования мембранных пузырьков внутри клетки.

У млекопитающих пиноцитоз является широко распространенной формой эндоцитоза, однако наибольшее значение пиноцитоз приобретает в ретикуло-эндотелиальной системе, где происходит удаление чужеродных или денатурированных белков, а также в эндотелиальных клетках, выстилающих капилляры, где этот процесс облегчает движение крупных молекул. В лимфоцитах, а также, возможно, и в других клетках молекулы, адсорбированные на клеточной поверхности, группируются в дискретных областях мембраны, прежде чем произойдет формирование пиноцитозных пузырьков. В почках пинодитоз играет большую роль при извлечении белков из клубочкового фильтрата.

Внутри клеток пиноцитозные пузырьки объединяются с лизосомами, образуя вторичные лизосомы. Обнаружена определенная связь между пиноцитозом и формированием лизосом в клетке: добавление гетерологической сыворотки к культуре макрофагов индуцирует пиноцитоз и эффективно стимулирует образование новых лизосом.

Пиноцитоз является клеточным процессом, посредством которого жидкости и питательные вещества попадают в клетки. Также называемый клеточным питьем, пиноцитоз - это тип , который включает внутреннее сгибание и образование связанных с ней, заполненных жидкостью везикул.

Эти везикулы переносят внеклеточную жидкость и растворенные молекулы (соли, сахара и т. д.) внутрь клетки. Пиноцитоз, иногда называемый эндоцитозом флюидной фазы, представляет собой непрерывный процесс, который происходит в большинстве и заключается в интернализации жидкости или растворенных питательных веществ.

Поскольку пиноцитоз включает удаление частей клеточной мембраны при образовании пузырьков, этот материал необходимо заменить, чтобы клетка сохранила свой размер. Мембранный материал возвращается на поверхность мембраны через экзоцитоз. Процессы эндоцитоза или экзоцитоза регулируются и сбалансированы, чтобы гарантировать сохранность размера клетки относительно постоянным.

Процесс пиноцитоз

Пиноцитоз инициируется присутствием желаемых молекул во внеклеточной жидкости вблизи поверхности клеточной мембраны. Эти молекулы могут включать белки молекулы сахара и ионы. Ниже приведено обобщенное описание последовательности событий, происходящих во время пиноцитоза.

Основные этапы пиноцитоза

Схематическая анимация пиноцитоза

• Плазматическая мембрана складывается внутрь (инвагинация), образуя углубление или полость, которая заполняется внеклеточной жидкостью и растворенными молекулами.
• Плазматическая мембрану складывается обратно в себя, пока концы сложенной мембраны не встретятся. Это удерживает жидкость внутри везикул. В некоторых клетках, длинные каналы и формы простираются от мембраны вглубь .
• Слияние концов сложенной мембраны высвобождает везикулу из мембраны, позволяя им дрейфовать к центру клетки.
• Везикула способна проходить через клетку и возвращаться обратно в мембрану путем экзоцитоза или может сливаться с лизосомой. выделяют ферменты, разрушающие открытые везикулы и высвобождающие их содержимое в цитоплазму.

Микропиноцитоз и макропиноцитоз

Поглощение воды и растворенных молекул клетками происходит двумя основным способами: микропиноцитоз и макропиноцитоз. При микропиноцитозе образуются очень маленькие пузырьки (диаметром около 0,1 микрометра), поскольку плазменная мембрана инвагинирует и образует внутренние везикулы, отходящие от нее. Кавеола - это примеры микропиноцитотических везикул, которые встречаются в клеточных мембранах большинства типов клеток организма.

При макропиноцитозе образуются более крупные везикулы, чем при микропиноцитозе. Они содержат большие объемы жидкости и растворенных питательных веществ. Везикулы имеют размер от 0,5 до 5 микрометров в диаметре. Процесс макропиноцитоза отличается от микропиноцитоза тем, что вместо инвагинации, в плазматической мембране формируются складки.

Погрешность возникает, когда переупорядочивает расположение актиновых микрофиламентов в мембране. Складки вытягивают части мембраны в виде плечевых выступов во внеклеточную жидкость. Затем они складываются на себя, захватывая части внеклеточной жидкости и образуя везикулы, называемые макропиносомами.

Макропиносомы созревают в цитоплазме, либо сливаются с лизосомами (содержимое высвобождается в цитоплазму), либо мигрируют обратно в плазматическую мембрану для рециркуляции. Макропиноцитоз распространен в белых кровяных клетках, таких как и дебритные клетки. Эти клетки иммунной системы используют этот способ как средство тестирования внеклеточной жидкости на присутствия антигенов.

Адсорбционный пиноцитоз

Адсорбционный пиноцитоз - неспецифическая форма эндоцитоза, которая также ассоциируется с ямками, покрытыми клатрином. Адсорбирующий пиноцитоз отличается от тем, что специализированные рецепторы не участвуют в процессе. Заряженные взаимодействия между молекулами и поверхностью мембраны удерживают молекулы на поверхности ямок, покрытых клатрином. Эти ямки формируются в течение минуты или около того, прежде чем будут усвоены клеткой.

Многие клетки иммунной системы обладают таким свойством как фагоцитоз. Фагоцитоз – это явление, при котором одна клетка «пожирает» другую.

Способность одних клок фагоцитировать другие была открыта еще Мечниковым И.И., который помещал споры гриба в тело рачка дафнии и наблюдал, как споры были атакованы клетками рачка, поглощены и переварены.

Фагоцитоз состоит из 8 этапов:

Приближения фагоцита к микробной клетке, которое возможно благодаря хемотаксису - движению по химическому следу.

Прилипания фагоцита к объекту поглощения. Возможно это благодаря наличию на поверхности фагоцита специфичных рецептором к определенному объекту, то есть своеобразных химических замочков, с помощью которых микроорганизм или его часть «пристегиваются» к фагоциту.

После прилипания объекта мембрана фагоцита должна подготовиться к его поглощению, происходит это под воздействием фермента С-протеинкиназы.

После того как мембрана фагоцита приходит в готовность, наступает погружение объекта в цитоплазму.

При погружении соприкасающаяся с объектом часть мембраны фагоцита вгибается вовнутрь клетки, постепенно обвалакивая объект, в результате чего вокруг объекта образуется оболочка из мембраны фагоцита. Окруженный оболочкой объект называется фагосомой.

Образовавшаяся фагосома сливается с лизосомами, которые представляют собой микроскопические пузырьки содержащие множество ферментов расщепляющих белки, жиры и углеводы. В результате такого слияния происходит

Расщепление объекта.

Завершается фагоцитоз выбросом переваренных остатков объекта, которые уже не принесут организму никакого вреда.

В качестве объекта фагоцитоза могут выступать бактерии, вирусы, грибки, и другие частицы, которые не являются генетически родственными организму.

Если происходит расщепление объекта, то фагоцитоз называется завершенным, если объект уцелел, то незавершенным.

Пиноцитоз (от греч. Пено - пью, впитываю) - захват и поглощение клеткой жидкости вместе с растворенными в них соединениями. Процесс пиноцитоза подобен фагоцитоза, но происходит преимущественно благодаря вгинанню мембраны. Пиноцитоз наблюдают у клеток различных организмов.

10) Экзоцитоз (от греч.Έξω - внешний и κύτος - клетка) - у эукариот клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы (мембранные пузырьки) сливаются с внешней клеточной мембраной. При экзоцитозе содержимое секреторныхвезикул(экзоцитозных пузырьков) выделяется наружу, а их мембрана сливается с клеточной мембраной. Практически все макромолекулярные соединения (белки,пептидные гормоныи др.) выделяются из клетки этим способом.

Экзоцитоз может выполнять три основные задачи:

доставка на клеточную мембрану липидов, необходимого для роста клетки;

высвобождение различных соединений из клетки, например, токсичных продуктов метаболизма или сигнальных молекул (гормонов или нейромедиаторов );

доставка на клеточную мембрану функциональных мембранных белков , таких как рецепторы или белки-транспортёры. При этом часть белка, которая была направлена внутрь секреторной везикулы, оказывается выступающей на наружной поверхности клетки

Эндоцитоз - реакция клеток, направленная на поглощение и переваривание растворимых макромолекулярных соединений, а также чужеродных или структурно измененных собственных клеток. Термин “эндоцитоз” является обобщающим для двух близких, но, тем не менее, самостоятельных процессов - пиноцитоза и фагоцитоза. Первый из них характеризуется поглощением и внутриклеточным разрушением макромолекулярных соединений, таких как белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липопротеины, белковые комплексы. В то же время фагоцитоз - явление поглощения и переваривания клеткой (макрофагами, нейтрофилами) корпускулярного материала (бактерий, крупных вирусов, отмирающих собственных клеток организма или чужеродных клеток, таких, например, как эритроциты различных видов).
Объектом пиноцитоза как фактора неспецифической иммунной защиты являются, в частности, токсины микроорганизмов.
На рис. В.1 представлены последовательные этапы захвата и внутриклеточного переваривания растворимых, находящихся в экстрацеллюлярном пространстве макромолекул. Адгезия таких молекул на клетке может осуществляться двумя способами: неспецифическим - в результате случайной встречи молекул с клеткой, и специфическим, который зависит от предсуществующих

Рис. В.1. Эндоцитоз макромолекул фагоцитами.
РМ - растворимые макромолекулы; РЦ - рецептор; ПП - пиноцитарный пузырек; ПС - пиносома

рецепторов на поверхности пиноцитирующей клетки. В последнем случае внеклеточные вещества выступают в качестве лигандов, взаимодействующих с соответствующими рецепторами. Адгезия
нации (впячиванию) мембраны, завершающейся образованием пиноцитарного пузырька очень небольшого размера (приблизи- тельно ОД ц). Несколько слившихся пузырьков формируют более крупное образование - шшосому. На следующем этапе пиносомы сливаются с лизосомами, содержащими гидролитические ферменты, которые разрушают полимерные молекулы до мономеров. В тех случаях, когда процесс пиноцитоза реализуется через рецепторный аппарат, в пиносомах до слияния с лизосомами наблюдается отсоединение захваченных молекул от рецепторов, которые в со-
Фагоцитоз как фактор неспецифической защиты проявляет себя при проникновении в организм патогенных микробов. Случайный или обусловленный рецепторами контакт микробной клетки с фагоцитом (макрофагом, нейтрофилом) приводит к образованию выростов мембраны - псевдоподий, окружающих чужеродную клетку. Сформировавшаяся вакуоль (фагосома) в 10-20 раз больше пиносомы. Она погружается в клетку, где после слияния с лизосомами образует фаголизосому. Именно в ней за счет активности гидролитических ферментов происходит полное или
микробной клетки удаляется в экстрацеллюлярную среду, другая остается на поверхности фагоцитирующей клетки (рис. В.2).


Рис. В.2. Фагоцитоз бактерий.
Б - бактерии; П - псевдоподии; ФС - фагосома; ФЛС - фагализосома