5. Перенесення через мембрану макромолекул і частинок

Ці процеси зв’язані зі зміною структурної цілісності мембран. Сюди належать процеси вивільнення медіаторів при збудженні синапсів (відбувається злиття синаптичних пухирців з мембраною і вивільнення їх вмісту в синаптичну щілину); перенесення генетичного матеріалу через ядерну мембрану, процеси ендо- і екзоцитозу, а також діяльність пермеаз бактерій, які забезпечують перенесення через клітинну стінку олігопептидів.

Перенесення білків від одних органел до інших відбувається за допомогою везикул. Везикули відбруньковуються від мембран одних органел, а потім зникають, зливаючись з мембраною другої органели. Перенесення через біомембрани білків із значною молекулярною масою здійснюється спеціальними транспортними системами. З цитоплазми в ядро білки потрапляють через великий заповнений водою пориновий комплекс, транспорт енергозалежний. Ядерні білки несуть одну чи кілька сигнальних послідовностей, за допомогою яких вони зв’язуються з пориновим комплексом та імпортуються зі збереженням третинної структури. Імпорт білків з цитоплазми в органели здійснюється переносниками – білковими комплексами, які переносять лінійні поліпептиди з використанням енергії. Процеси розгортання і вторинної укладки білків контролюються шаперонами.

Перехід частинок через плазмалему відбувається шляхом цитозу – у складі мембранного пухирця чи везикули, тому цитоз ще називають везикулярним транспортом. За напрямком транспорту і за характером переношуваних речовин розрізняють:

1) Ендоцитоз – перенесення частинок в клітину: а) піноцитоз – захоплення і поглинання клітиною розчинених маромолекулярних сполук; б) фагоцитоз – те саме, тільки у відношенні твердих частинок; в) ендоцитоз, опосередкований рецепторами – коли субстрат спочатку зв’язується з поверхневими рецепторами плазмалеми (частковий варіант фаго- і піноцитозу, особливо в імунних процесах).

Найбільш активні до ендоцитозу – лейкоцити, макрофаги, клітини ендотелію капілярів. Механізм ендоцитозу ще не до кінця вивчений. Встановлено, що під час контактів макромолекул або частинок із зовнішньою поверхнею клітинної мембрани, остання наче прогинається, втягуючи їх усередину клітини. Як наслідок, у клітині формується міхурець, утворений компонентами мембрани, що містять поглинуті речовини. Припускають, що в мембрані особливий глікопротеїн – клатрин допомагає втягувати всередину клітини ділянку мембрани, що контактує з поглинутою частинкою.

Речовини, що потрапили в клітину, як правило, зливаються з лізосомами, де піддаються дії гідролітичних ферментів. Ці процеси (перетравлювання в лізосомах) лежать в основі обновлення та утворення нових молекул та органел. Запальні процеси супроводжуються пошкодженням мембранних структур, зокрема мембран лізосом. Руйнування сполучнотканинної основи тканини при ревматоїдному артриті, міодистрофії, інфаркті міокарду пов’язане з дією лізосомальних ферментів.

В основі піноцитозу і опосередкованого рецепторами поглинання розчинених речовин лежить утворення облямованих ямок і облямованих везикул. Відмінною їх особливістю є наявність гратчастої структури з молекул білка клатрину, який зв'язується з поглибленнями на поверхні плазматичної мембрани і везикулами, що утворюються з таких ямок. На частку облямованих ямок зазвичай припадає 1-2% загальної площі поверхні плазматичної мембрани, і більшість білків плазматичної мембрани не виявляються на цих ділянках. Однак певні білки концентруються в області формування облямованих ямок.

У табл. 7.1 перераховані деякі рецептори плазматичної мембрани, що беруть участь в поглинанні специфічних лігандів за допомогою облямованих ямок і везикул. У деяких випадках спорідненість рецептора до облямованим ямок постійна, в інших випадках рецептори концентруються в цих структурах тільки при зв'язуванні ліганда (наприклад, рецептор фактора росту епідермісу). Приблизно 70% рецепторів ліпідів низької густини (ЛНГ) сконцентровано в клатринових ямках, де вони легко піддаються інтерналізації. Фізіологічний зміст цього явища полягає в тому що за допомогою опосередкованого рецепторами ендоцитозу відбувається захоплення клітинами ЛНГ з кров'яного русла. Цей механізм являє собою основний шлях «доставки» холестерину до клітин.

Таблиця 7.1. Деякі рецептори, які інтерналізуються при ендоцитозі

Групи рецепторів	Приклади рецепторів
I. Рецептор повертається до клітинної поверхні, ліганд надходить в лізосоми	Рецептори маннози, асіалоглікопротеїну (галактози), манозо-6-фосфату, γ-макроглобуліну, ЛНГ
II. Рецептор і ліганд надходять в лізосоми	Рецептори ФРЕ, інсуліновий
III. Трансцитоз	IgA/IgM-рецептор, IgG-рецептор
IV. Рецептор і ліганд повертаються до одного й того ж домену плазматичної мембрани	Трансфериновий рецептор

2) Екзоцитоз – перенесення частинок з клітин. Екзоцитоз властивий тим клітинам, які здатні до секреції в позаклітинний простір біомолекул (білків, гетерополісахаридів, травних ферментів, білкових гормонів…).

А) найбільш поширений спосіб екзоцитозу – секреція – виведення з клітини розчинних сполук, наприклад, білкових гормонів передньої долі гіпофізу, низькомолекулярних сполук (іонів Н⁺ в шлунку і нирках; амінів в сполучній тканині; медіаторів в пресинаптичних закінченнях)). В одних випадках накопичення речовин в клітині відбувається у вигляді секреторних пухирців, які зливаються з плазмлемою (приклад – секреція гормонів, медіаторів), рідше секреція відбувається за типом полегшеної дифузії чи активного транспорту (наприклад, секреція іонів Н⁺ в шлунку і нирках). Екзоцитоз ліпідів при утворенні молока в молочних залозах відбувається так: жири в клітинах молочної залози утворюють краплі, які вільно зависають в цитоплазмі. Жирові краплі, прилипаючи до плазмалеми, викликають місцеве вип’ячування її у вигляді міхурця, заповненого жиром.

Б) якщо з клітини видаляються тверді частинки, то таку різновидність екзоцитозу, називають екстракцією (наприклад, видалення з ретикулоцитів сітчастої субстанції в кінці еритропоезу).

В) рекреція – перенесення твердих частинок – поєднання фагоцитозу і екстракції (наприклад, дендритні клітини, які здійснюють презентацію лімфоцитам антигенів).