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Sezione III Livelli di organizzazione cellulare e molecolare-genetica. Strutture non cellulari Il numero di nuclei in una cellula è solitamente uguale a

Le grandi molecole di biopolimeri non vengono praticamente trasportate attraverso le membrane, eppure possono entrare all'interno della cellula a causa dell'endocitosi. Si divide in fagocitosi e pinocitosi. Questi processi sono associati a una vigorosa attività e mobilità del citoplasma. La fagocitosi è la cattura e l'assorbimento di grandi particelle da parte di una cellula (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 si muove all'interno della cellula (vescicola fagocitica o pinocitica, Fig. 19). Questi processi sono associati al consumo di energia; la cessazione della sintesi di ATP li inibisce completamente. Numerosi microvilli sono visibili sulla superficie delle cellule epiteliali che rivestono, ad esempio, le pareti dell'intestino, aumentando notevolmente la superficie attraverso la quale avviene l'assorbimento. La membrana plasmatica è anche coinvolta nella rimozione di sostanze dalla cellula, ciò si verifica nel processo di esocitosi. Questo è il modo in cui vengono escreti ormoni, polisaccaridi, proteine, goccioline di grasso e altri prodotti cellulari. Sono racchiusi in vescicole legate alla 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 gradualmente circondata da una piccola area della membrana plasmatica, che prima invagina e poi si separa, 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:

Fluidi e soluti vengono continuamente assorbiti 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 dei microrganismi.

Sulla fig. B.1 mostra le fasi successive di cattura e digestione intracellulare di macromolecole solubili situate nello spazio extracellulare (endocitosi di macromolecole da parte dei fagociti). L'adesione di tali molecole sulla cellula può essere effettuata in due modi: non specifico - a seguito di un incontro casuale di molecole con la cellula e specifico, che dipende da recettori preesistenti sulla superficie della cellula pinocitica. In quest'ultimo caso, le sostanze extracellulari agiscono come ligandi interagendo con i recettori corrispondenti.

L'adesione di sostanze sulla superficie cellulare porta all'invaginazione locale (invaginazione) della membrana, culminata nella formazione di una piccolissima vescicola pinocitica (circa 0,1 micron). Diverse vescicole fuse formano una formazione più ampia: il pinosoma. Nella fase successiva, i pinosomi si fondono con i lisosomi, che contengono enzimi idrolitici che scompongono le molecole polimeriche in monomeri. In quei casi in cui il processo di pinocitosi si realizza attraverso l'apparato recettore, nei pinosomi, prima di fondersi con i lisosomi, si osserva il distacco delle molecole catturate dai recettori, che, come parte delle vescicole figlie, ritornano sulla superficie cellulare.

Trasporto vescicolare: endocitosi ed esocitosi

Macromolecole come proteine, acidi nucleici, polisaccaridi, complessi lipoproteici e altri non passano attraverso le membrane cellulari, contrariamente a come vengono trasportati ioni e monomeri. Il trasporto di micromolecole, loro complessi, particelle dentro e fuori la cellula avviene in un modo completamente diverso, attraverso il trasferimento vescicolare. Questo termine significa che varie macromolecole, biopolimeri o 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 transmembrana di biopolimeri, ad eccezione delle membrane che hanno speciali vettori di complessi proteici: le porine (membrane di mitocondri, plastidi, perossisomi). In una cellula o da un compartimento di membrana all'altro, le macromolecole entrano racchiuse all'interno di vacuoli o vescicole. Tale trasferimento vescicolare possono essere suddivisi in due tipi: esocitosi- rimozione di prodotti macromolecolari dalla cellula, e endocitosi- assorbimento di macromolecole da parte della cellula (Fig. 133).

Durante l'endocitosi, una certa sezione del plasmalemma cattura, per così dire, avvolgendo il materiale extracellulare, racchiudendolo in un vacuolo di membrana che si è formato a causa dell'invaginazione della membrana plasmatica. In un tale vacuolo primario, o in endosoma, qualsiasi biopolimero, complesso macromolecolare, parti di cellule o anche cellule intere possono entrare, dove poi si decompongono, si depolimerizzano in monomeri, che entrano nell'ialoplasma per trasferimento transmembrana. Il principale significato biologico dell'endocitosi è l'acquisizione di elementi costitutivi digestione intracellulare, che viene effettuata 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 da parte di una cellula (a volte anche cellule o loro parti) - è stata descritta per la prima volta da I.I. Mechnikov. La fagocitosi, la capacità di catturare grandi particelle da parte di una cellula, si trova tra le cellule animali, sia unicellulari (ad esempio, amebe, alcuni ciliati predatori) sia cellule specializzate di animali multicellulari. Le cellule specializzate, i fagociti, sono caratteristiche sia degli invertebrati (amebociti del sangue o del liquido della cavità) che dei vertebrati (neutrofili e macrofagi). La pinocitosi era originariamente definita come l'assorbimento di acqua o soluzioni acquose di varie sostanze da parte della cellula. È ormai noto che sia la fagocitosi che la pinocitosi procedono in modo molto simile, e quindi l'uso di questi termini può riflettere solo 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 muove all'interno della cellula.

L'endocitosi, comprese la pinocitosi e la fagocitosi, può essere aspecifica o costitutiva, permanente e specifica, mediata da recettori (recettore). Endocito aspecifico h (pinocitosi e fagocitosi), così chiamata perché procede come se fosse automatica e spesso può portare alla cattura e all'assorbimento di sostanze completamente estranee o indifferenti alla cellula, ad esempio particelle di fuliggine o coloranti.

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

Nella fase successiva, si verifica un cambiamento nella morfologia della superficie cellulare: o è la comparsa di piccole invaginazioni della membrana plasmatica, invaginazione, oppure è la comparsa sulla superficie cellulare di escrescenze, pieghe o "fronzoli" (rafl - in inglese), che, per così dire, si sovrappongono, si piegano, separando piccoli volumi del mezzo liquido (Fig. 135, 136). Il primo tipo di occorrenza di una vescicola pinocitica, i pinosomi, è tipico per le cellule dell'epitelio intestinale, l'endotelio, per le amebe, il secondo - per i fagociti e i fibroblasti. Questi processi dipendono dalla fornitura di energia: gli inibitori della respirazione bloccano questi processi.

A seguito di questo riarrangiamento 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 si addentra in profondità nel citoplasma. Sia l'endocitosi aspecifica che quella recettoriale, che porta alla scissione delle vescicole di membrana, si verifica in regioni specializzate della membrana plasmatica. Questi sono i cosiddetti fosse delimitate. Sono chiamati così perché dal lato del citoplasma la membrana plasmatica è ricoperta, rivestita, di un sottile strato fibroso (circa 20 nm), che, su sezioni ultrasottili, delimita e ricopre piccole sporgenze, fosse (Fig. 137). Quasi tutte le cellule animali hanno queste fosse che occupano circa il 2% della superficie cellulare. Strato circostante composto principalmente da proteine clatrina associato a un certo numero di proteine aggiuntive. Tre molecole di clatrina, insieme a tre molecole di una proteina a basso peso molecolare, formano la struttura di un triscele, simile a una svastica a tre raggi (Fig. 138). I triscele di clatrina sulla superficie interna delle fosse della membrana plasmatica formano una rete sciolta composta da pentagoni ed esagoni, generalmente simile a un cesto. Lo strato di clatrina copre l'intero perimetro dei vacuoli endocitici primari di separazione, delimitati da vescicole.

Clathrin appartiene a una delle cosiddette specie. proteine "di abbigliamento" (COP - proteine rivestite). Queste proteine si legano alle proteine recettoriali integrali dal lato del citoplasma e formano uno strato di medicazione lungo il perimetro del pinosoma emergente, la vescicola endosomiale primaria - la vescicola "bordata". nella separazione dell'endosoma primario sono coinvolte anche le proteine - dinamine, che polimerizzano attorno al collo della vescicola di separazione (Fig. 139).

Dopo che la vescicola delimitata si separa dal plasmolemma e inizia a essere trasferita in profondità nel citoplasma, lo strato di clatrina si disintegra, si dissocia, la membrana endosomica (pinosomi) acquisisce la sua forma abituale. Dopo la perdita dello strato di clatrina, gli endosomi iniziano a fondersi tra loro.

Si è riscontrato che le membrane delle fosse bordate contengono relativamente poco colesterolo, che può determinare la diminuzione della rigidità della membrana e contribuire alla formazione di bolle. Il significato biologico dell'aspetto di un "rivestimento" di clatrina lungo la periferia delle vescicole potrebbe essere che fornisce l'adesione delle vescicole delimitate agli elementi del citoscheletro e il loro successivo trasporto nella cellula e impedisce loro di fondersi tra loro .

L'intensità della pinocitosi aspecifica in fase liquida può essere molto elevata. Quindi la cellula epiteliale dell'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 plasmolemma viene rapidamente sostituito, come se "trascorresse" la formazione di molti piccoli vacuoli. Quindi nei macrofagi, l'intera membrana plasmatica viene sostituita in 30 minuti, nei fibroblasti - in due ore.

L'ulteriore destino degli endosomi può essere diverso, alcuni di essi possono tornare sulla superficie cellulare e fondersi con essa, ma la maggior parte di essi 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 aumentando di dimensioni. Quindi si fondono con i lisosomi primari (vedi sotto), che introducono enzimi nella cavità dell'endosoma che idrolizzano vari biopolimeri. L'azione di queste idrolasi lisosomiali provoca la digestione intracellulare - la scomposizione dei polimeri in monomeri.

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

Specifico o mediata dai recettori l'endocitosi ha una serie di differenze rispetto a quella non specifica. La cosa principale è che vengono assorbite molecole per le quali sulla membrana plasmatica sono presenti specifici recettori 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 da recettori è stata descritta per la prima volta nell'accumulo di proteine negli ovociti aviari. Le proteine dei granuli di tuorlo, le vitellogenine, sono sintetizzate in vari tessuti, ma poi entrano nelle ovaie con il flusso sanguigno, dove si legano a speciali recettori di membrana degli ovociti e quindi entrano nella cellula con l'aiuto dell'endocitosi, dove si depositano i granuli di tuorlo.

Un altro esempio di endocitosi selettiva è il trasporto di colesterolo nella cellula. Questo lipide è sintetizzato nel fegato e, in combinazione con altri fosfolipidi e una molecola proteica, forma il cosiddetto. lipoproteina a bassa densità (LDL), che è secreta dalle cellule del fegato e trasportata in tutto il corpo dal sistema circolatorio (Fig. 140). Speciali recettori della membrana plasmatica posizionati diffusamente sulla superficie di varie cellule riconoscono la componente proteica delle LDL e formano uno specifico complesso recettore-ligando. In seguito, un tale complesso si sposta nella zona delle fosse delimitate e viene interiorizzato, circondato da una membrana e immerso in profondità nel citoplasma. È stato dimostrato che i recettori mutanti possono legare le LDL, ma non si accumulano nell'area delle fosse delimitate. Oltre ai recettori LDL, sono state trovate più di due dozzine di altre sostanze coinvolte nell'endocitosi recettoriale di varie sostanze, che utilizzano tutte lo stesso percorso di interiorizzazione attraverso le fosse delimitate. Probabilmente, il loro ruolo è nell'accumulo di recettori: una stessa fossa delimitata può raccogliere circa 1000 recettori di classi diverse. Tuttavia, nei fibroblasti, i cluster dei recettori LDL si trovano nella zona delle fosse delimitate anche in assenza di un ligando nel mezzo.

L'ulteriore destino della particella LDL assorbita è che subisce un decadimento nella composizione lisosoma secondario. Dopo l'immersione nel citoplasma di una vescicola delimitata carica di LDL, 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 ancora associate ai recettori sulla superficie della membrana . Quindi si verifica la dissociazione del complesso ligando-recettore, piccoli vacuoli vengono separati dall'endosoma, le cui membrane contengono recettori liberi. Queste vescicole vengono riciclate, incorporate nella membrana plasmatica e quindi i recettori ritornano sulla superficie cellulare. Il destino delle LDL è che dopo la fusione con i lisosomi, vengono idrolizzate per liberare il colesterolo, che può essere incorporato nelle membrane cellulari.

Gli endosomi sono caratterizzati da un valore di pH più basso (pH 4-5), un ambiente più acido rispetto ad altri vacuoli cellulari. Ciò è dovuto alla presenza nelle loro membrane di proteine della pompa protonica che pompano ioni idrogeno con il consumo simultaneo di ATP (H + -ATPasi -dipendente). L'ambiente acido all'interno degli endosomi gioca un ruolo fondamentale nella dissociazione di recettori e ligandi. Inoltre, un ambiente acido è ottimale per l'attivazione degli enzimi idrolitici nei lisosomi, che vengono attivati dalla fusione dei lisosomi con gli endosomi e portano alla formazione endolisosomi, in cui avviene la scissione dei biopolimeri assorbiti.

In alcuni casi, il destino dei ligandi dissociati non è correlato all'idrolisi lisosomiale. Pertanto, in alcune cellule, dopo il legame dei recettori del plasmolemma a determinate proteine, i vacuoli rivestiti di clatrina affondano nel citoplasma e vengono trasferiti in un'altra area della cellula, dove si fondono nuovamente con la membrana plasmatica e le proteine legate si dissociano da i recettori. Così avviene il trasferimento, 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 cucciolo 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 fino a cellule vive o morte. Oltre alla pinocitosi, la fagocitosi può essere aspecifica (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 formare fagolisosomi.

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

Esocitosi

La membrana plasmatica è coinvolta nella rimozione di sostanze dalla cellula con l'aiuto di esocitosi- il processo inverso dell'endocitosi (vedi Fig. 133).

Nel caso dell'esocitosi, i prodotti intracellulari racchiusi in vacuoli o vescicole e separati dall'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 bolla viene scaricata nell'ambiente. Con l'aiuto dell'esocitosi, si verifica il processo di riciclaggio delle membrane coinvolte nell'endocitosi.

L'esocitosi è associata al rilascio di varie sostanze sintetizzate nella cellula. Secernendo, rilasciando sostanze nell'ambiente esterno, le cellule 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 si verifica in risposta a un segnale esterno (impulso nervoso, ormoni, mediatori, ecc.). Anche se in alcuni casi l'esocitosi si verifica costantemente (secrezione di fibronectina e collagene da parte dei fibroblasti). Allo stesso modo, alcuni polisaccaridi (emicellulose) coinvolti nella formazione delle pareti cellulari vengono rimossi dal citoplasma delle cellule vegetali.

La maggior parte delle sostanze secrete viene utilizzata da altre cellule di organismi multicellulari (secrezione di latte, succhi digestivi, ormoni, ecc.). Ma spesso le cellule secernono sostanze per i propri bisogni. Ad esempio, la crescita della membrana plasmatica viene effettuata a causa dell'incorporazione di sezioni della membrana come parte di vacuoli esocitici, alcuni degli elementi del glicocalice sono 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 fornire la scissione extracellulare legata alla membrana di vari biopolimeri e molecole organiche. La digestione non cellulare di membrana è di grande importanza per gli animali. È stato riscontrato che nell'epitelio intestinale dei mammiferi nell'area del cosiddetto bordo a spazzola dell'epitelio assorbente, che è particolarmente ricco di glicocalice, si trova un numero enorme di vari enzimi. Alcuni di questi enzimi sono di origine pancreatica (amilasi, lipasi, varie proteinasi, ecc.), e alcuni sono secreti dalle stesse cellule epiteliali (esoidrolasi, che scompongono principalmente oligomeri e dimeri con la formazione di prodotti trasportati).

Il ruolo recettoriale del plasmalemma

Abbiamo già incontrato questa caratteristica della membrana plasmatica quando abbiamo familiarizzato con le sue funzioni di trasporto. Le proteine trasportatrici e le pompe sono anche recettori che riconoscono e interagiscono con determinati ioni. Le proteine recettoriali si legano ai ligandi e partecipano alla selezione delle molecole che entrano nelle cellule.

Proteine di membrana o elementi del glicocalice: le glicoproteine possono agire come tali recettori sulla superficie cellulare. Tali siti sensibili alle singole sostanze possono essere sparsi sulla superficie della cellula o raccolti in piccole zone.

Diverse cellule di organismi animali possono avere diversi insiemi di recettori o diversa sensibilità dello stesso recettore.

Il ruolo di molti recettori cellulari non è solo nel legame di sostanze specifiche o nella capacità di rispondere a fattori fisici, ma anche nella trasmissione di segnali intercellulari dalla superficie alla cellula. Attualmente, il sistema di trasmissione del segnale alle cellule con l'aiuto di alcuni 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, che si trova già nella parte citoplasmatica della membrana plasmatica, l'adenilato ciclasi. Questo enzima sintetizza la molecola ciclica AMP dall'ATP. Il ruolo dell'AMP ciclico (cAMP) è che è un messaggero secondario - un attivatore di enzimi - chinasi che causano modificazioni di altre proteine enzimatiche. Quindi, 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 protein chinasi A, che a sua volta attiva una cascata di enzimi che alla fine scompongono il glicogeno (polisaccaride di accumulo animale) in glucosio. L'azione dell'insulina è l'opposto: stimola l'ingresso di glucosio nelle cellule del fegato e la sua deposizione sotto forma di glicogeno.

In generale, la catena di eventi si svolge come segue: l'ormone interagisce in modo specifico con la parte recettore di questo sistema e, senza penetrare nella cellula, attiva l'adenilato ciclasi, che sintetizza il cAMP, che attiva o inibisce un enzima intracellulare o un gruppo di enzimi . Pertanto, il comando, il segnale dalla membrana plasmatica viene trasmesso all'interno della cellula. L'efficienza di questo sistema di adenilato ciclasi è molto elevata. Pertanto, l'interazione di una o più molecole ormonali può portare, a causa della sintesi di molte molecole di cAMP, ad un'amplificazione del segnale migliaia di volte. In questo caso, il sistema adenilato ciclasi funge da convertitore di segnali esterni.

C'è un altro modo in cui vengono utilizzati altri messaggeri secondari: questo è il cosiddetto. via del fosfatidilinositolo. Sotto l'azione del segnale appropriato (alcuni mediatori nervosi e proteine), viene attivato l'enzima fosfolipasi C, che scinde il fosfolipide fosfatidilinositolo difosfato, che fa parte della membrana plasmatica. I prodotti di idrolisi di questo lipide, da un lato, attivano la protein chinasi C, che attiva la cascata delle chinasi, che porta a determinate reazioni cellulari, e dall'altro, porta al rilascio di ioni calcio, che regolano un certo numero di cellule processi.

Un altro esempio di attività recettoriale sono i recettori per l'acetilcolina, un importante neurotrasmettitore. L'acetilcolina, essendo rilasciata dalla terminazione nervosa, si lega al recettore sulla fibra muscolare, provoca un flusso impulsivo di Na+ nella cellula (depolarizzazione della membrana), aprendo immediatamente circa 2000 canali ionici nell'area della terminazione neuromuscolare.

La diversità e specificità degli insiemi di recettori sulla superficie delle cellule porta alla creazione di un sistema molto complesso di marcatori che consentono di distinguere le proprie cellule (dello stesso individuo o della stessa specie) da quelle degli altri. Cellule 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 non li percepiscono sono escluse da tale interazione o vengono distrutte negli animali superiori a causa di reazioni immunologiche (vedi sotto).

La membrana plasmatica è associata alla localizzazione di recettori specifici che rispondono a fattori fisici. Quindi, nella membrana plasmatica o nei suoi derivati nei batteri fotosintetici e nelle alghe blu-verdi, sono localizzate proteine recettrici (clorofille) che interagiscono con i quanti di luce. Nella membrana plasmatica delle cellule animali fotosensibili è presente uno speciale sistema di proteine fotorecettrici (rodopsina), con l'aiuto del quale il segnale luminoso viene convertito in uno 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, specialmente nelle prime fasi dello sviluppo, le cellule rimangono collegate tra loro grazie alla capacità delle loro superfici di aderire. Questa proprietà adesione(connessione, adesione) delle cellule può essere determinata dalle proprietà della loro superficie, che interagiscono specificamente tra loro. Il meccanismo di queste connessioni è ben studiato, è fornito dall'interazione tra glicoproteine delle membrane plasmatiche. Con tale interazione intercellulare di cellule tra le membrane plasmatiche, rimane sempre uno spazio vuoto di circa 20 nm, riempito di glicocalice. Il trattamento del tessuto con enzimi che violano l'integrità del glicocalice (mucasi che agiscono idroliticamente su mucine, mucopolisaccaridi) o danneggiano la membrana plasmatica (proteasi) porta alla separazione delle cellule l'una dall'altra, alla loro dissociazione. Tuttavia, se il fattore di dissociazione viene rimosso, le cellule possono riassemblarsi e riaggregarsi. Quindi è possibile dissociare cellule di spugne di diversi colori, arancione e giallo. Si è scoperto che nella miscela di queste cellule si formano due tipi di aggregati: quelli costituiti solo da cellule gialle e solo da cellule arancioni. In questo caso, le sospensioni cellulari miste si auto-organizzano, ripristinando la struttura multicellulare originale. Risultati simili sono stati ottenuti con sospensioni cellulari separate di embrioni di anfibio; in questo caso si ha una separazione spaziale selettiva delle cellule dell'ectoderma dall'endoderma e dal mesenchima. Inoltre, se per la riaggregazione vengono utilizzati i tessuti delle ultime fasi dello sviluppo embrionale, vari insiemi cellulari con specificità tissutale e organica si assemblano indipendentemente in una provetta, si formano aggregati epiteliali simili ai tubuli renali, ecc.

È stato scoperto che le glicoproteine transmembrana sono responsabili dell'aggregazione di cellule omogenee. Direttamente per la connessione, l'adesione, le cellule sono responsabili delle molecole del cosiddetto. Proteine CAM (molecole di adesione cellulare). Alcuni di essi collegano le cellule tra loro a causa di interazioni intermolecolari, altri formano connessioni o contatti intercellulari speciali.

Possono esserci interazioni tra proteine adesive omofilo quando le cellule vicine si legano tra loro con l'aiuto di molecole omogenee, eterofilo quando diversi tipi di CAM sulle cellule vicine sono coinvolti nell'adesione. Il legame intercellulare avviene attraverso ulteriori molecole linker.

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

caderine sono proteine integrali di membrana fibrillare che formano omodimeri paralleli. Domini separati di queste proteine sono associati agli ioni Ca 2+, il che conferisce loro una certa rigidità. Esistono più di 40 specie di caderine. Pertanto, la E-caderina è caratteristica delle cellule degli embrioni preimpiantati e delle cellule epiteliali degli 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 e sui muscoli cardiaci e scheletrici.

Molecole di adesione delle cellule nervose(N-CAM) appartengono alla superfamiglia delle immunoglobuline, formano connessioni tra le cellule nervose. Alcuni degli N-CAM sono coinvolti nella connessione delle sinapsi e nell'adesione delle cellule del sistema immunitario.

selectine inoltre, le proteine integrali della membrana plasmatica sono coinvolte nell'adesione delle cellule endoteliali, nel legame delle piastrine, dei leucociti.

Integrine sono eterodimeri, con catene a e b. Le integrine collegano principalmente le cellule con substrati extracellulari, ma possono anche partecipare all'adesione cellulare l'una all'altra.

Riconoscimento di proteine estranee

Come già accennato, le macromolecole estranee (antigeni) che sono entrate nel corpo sviluppano una complessa reazione complessa: una 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).

Nel corpo di tutti i vertebrati, inoltre, esiste un sistema di ricezione di cellule estranee o proprie, ma con proteine della membrana plasmatica alterate, ad esempio durante infezioni o mutazioni virali, spesso associate alla degenerazione tumorale delle cellule.

Le proteine si trovano sulla superficie di tutte le cellule dei vertebrati, 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 un insieme diverso di queste proteine MHC. Ciò è dovuto al fatto che sono molto polimorfici, perché ogni individuo ha un gran numero di forme alternate dello stesso gene (più di 100), inoltre ci sono 7-8 loci che codificano per molecole MHC. Ciò porta al fatto che ogni cellula di un dato organismo, avendo un insieme di proteine MHC, sarà diversa dalle cellule di un individuo della stessa specie. Una forma speciale di linfociti, i linfociti T, riconoscono l'MHC del loro 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), provoca T- linfociti per riconoscere tali cellule modificate e distruggerle, ma non per fagocitosi. Secernono proteine specifiche della perforina dai vacuoli secretori, che sono incorporati nella membrana citoplasmatica della cellula alterata, formano canali transmembrana in essa, rendendo permeabile la membrana plasmatica, che porta alla morte della cellula alterata (Fig. 143, 144).

Connessioni intercellulari speciali

Oltre a questi legami adesivi (ma specifici) relativamente semplici (Fig. 145), ci sono un certo numero di strutture intercellulari speciali, contatti o connessioni che svolgono determinate funzioni. Si tratta di connessioni di bloccaggio, ancoraggio e comunicazione (Fig. 146).

Blocco o connessione stretta caratteristica dell'epitelio a strato singolo. Questa è la zona in cui gli strati esterni delle due membrane plasmatiche sono il più vicino possibile. La membrana a tre strati è spesso vista in questo contatto: i due strati osmofili esterni di entrambe le membrane sembrano fondersi in uno strato comune di 2-3 nm di spessore. La fusione delle membrane non avviene sull'intera area di stretto contatto, ma è una serie di punti di convergenza delle membrane (Fig. 147a, 148).

Su preparazioni planari di fratture della membrana plasmatica nella zona di stretto contatto, utilizzando il metodo di congelamento e taglio, è stato riscontrato che i punti di contatto delle membrane sono file di globuli. Queste sono le proteine occludina e claudina, speciali proteine integrali della membrana plasmatica, costruite in file. Tali file di globuli o strisce possono intersecarsi in modo tale da formare, per così dire, un reticolo o una rete sulla superficie di scissione. Questa struttura è molto tipica degli epiteli, soprattutto ghiandolari e intestinali. In quest'ultimo caso, il contatto stretto forma una zona continua di fusione delle membrane plasmatiche, che circonda la cellula nella sua parte apicale (superiore, che guarda nel lume intestinale) (Fig. 148). Pertanto, ogni cellula dello strato è, per così dire, circondata da un nastro di questo contatto. Tali strutture possono anche essere viste con colorazioni speciali al microscopio ottico. Hanno ricevuto il nome dai morfologi piastre terminali. Si è scoperto che in questo caso il ruolo del contatto stretto di chiusura non è solo nella connessione meccanica delle celle tra loro. Questa zona di contatto è scarsamente permeabile alle macromolecole e agli ioni, e quindi blocca, ostruisce le cavità intercellulari, isolandole (e con esse l'ambiente interno del corpo) dall'ambiente esterno (in questo caso il lume intestinale).

Ciò può essere dimostrato utilizzando contrastanti densi di elettroni come la soluzione di idrossido di lantanio. Se il lume dell'intestino o del dotto di una ghiandola è riempito con una soluzione di idrossido di lantanio, quindi su sezioni al microscopio elettronico, le zone in cui si trova questa sostanza hanno un'alta densità elettronica e saranno scure. Si è scoperto che né la zona di stretto contatto né gli spazi intercellulari sottostanti si oscurano. Se le giunzioni strette sono danneggiate (da un leggero trattamento enzimatico o dalla rimozione di ioni Ca ++), anche il lantanio penetra nelle regioni intercellulari. Allo stesso modo, è stato dimostrato che le giunzioni strette sono impermeabili all'emoglobina e alla ferritina nei tubuli renali.

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1. I componenti strutturali della cellula includono:

1) Pronucleo e citoplasma;
2) Nucleo, citoplasma, complesso di superficie;
3) Nucleoide, membrana citoplasmatica e citoplasma;
4) Nucleo, organelli, nucleoplasma.

2. Il nucleo è costituito da:

1) Cromosoma, nucleolo e ribosoma;
2) Cromosomi, nucleoli e cromoplasti;
3) Membrana nucleare, nucleoplasma, cromatina e nucleolo;
4) Glicocali, nucleoli e organelli.

3. La membrana biologica che ricopre la cellula è chiamata:

1) Plasmalemma;
2) Ectoplasma
3) Corteccia;
4) Pelle.

4. La composizione delle membrane biologiche comprende:

1) RNA;
2) cellulosa;
3) proteine;
4) DNA.

5. La parte della cellula eucariotica in cui sono memorizzate le principali informazioni ereditarie è chiamata:

1) Nucleolo (nucleolonema);
2) nucleo;
3) nucleoplasma;
4) Carioplasma.

6. Gli organelli includono:

1) Nucleo, complesso del Golgi, reticolo endoplasmatico, lisosomi
2) Complesso del Golgi, ribosomi, lisosomi, perossisomi, mitocondri, centro cellulare, apparato di supporto
3) Citolemma, glicocalice, centrioli, apparato di supporto
4) Complesso del Golgi, reticolo endoplasmatico, ribosomi, lisosomi, perossisomi, mitocondri, centro cellulare, apparato di supporto

7. Composizione del citoplasma:

1) Nucleoplasma, ialoplasma, cromatina, nucleolo
2) Ialoplasma, apparato di supporto, inclusioni
3) Ialoplasma, organelli, inclusioni
4) Glicocalice, ialoplasma, apparato di supporto

8. Il numero di nuclei in una cella è solitamente uguale a:

1 uno;
2) Due;
3) Da 3 a 10;
4) Almeno due.

9. Un sottile strato di carboidrati sulla superficie esterna del plasmalemma è chiamato:

1) ectoplasma;
2) periplasma;
3) Procalice;
4) Glicocalice.

10. L'assorbimento cellulare di grandi particelle è chiamato:

1) fagocitosi;
2) Diffusione;
3) pinocitosi;
4) Esocitosi..

doppia membrana

Membrana singola

Lipoproteina

Trasporto selettivo di sostanze in una cellula contro gradiente di concentrazione con consumo di energia

Entrata nella cella di sostanze lungo il gradiente di concentrazione senza dispendio energetico

Movimento di sostanze lipoinsolubili attraverso i canali ionici nella membrana

trasporto attivo

Pompa K-na

membrana citoplasmatica

Strutture fibrillari intracellulari

Riconoscimento intercellulare

pinocitosi

Fagocitosi

Esocitosi

3.20. La cattura e l'assorbimento di particelle di grandi dimensioni da parte di una cellula si chiama:

2. Esocitosi

3. Endocitosi

4. Pinocitosi

3.21. La cattura e l'assorbimento di un liquido e delle sostanze in esso disciolte da una cellula si chiama:

1. Fagocitosi

2. Esocitosi

3. Endocitosi

3.22. Le catene di carboidrati del glicocalice delle cellule animali forniscono:

1. Cattura e assorbimento

2. Protezione dagli agenti stranieri

3. Secrezione

3.23. La stabilità meccanica della membrana plasmatica è determinata da

1. Carboidrati

3.24. La costanza della forma cellulare è assicurata da:

2. Parete cellulare

3. Vacuoli

4. Citoplasma liquido

3.25. L'energia è richiesta quando le sostanze entrano nella cellula con l'aiuto di:

1. Diffusione

2. Diffusione facilitata

3.26. Il consumo di energia non si verifica quando le sostanze entrano nella cellula

1. Fago- e pinocitosi

2. Endocitosi ed esocitosi

3. Trasporto passivo

4. Trasporto attivo

3.27. Gli ioni Na, K, Ca entrano nella cellula attraverso

1. Diffusione

2. Diffusione facilitata

3.28. La diffusione facilitata è

1. Cattura di sostanze liquide da parte della membrana cellulare e loro ingresso nel citoplasma della cellula

2. Cattura di particelle solide da parte della membrana cellulare e loro ingresso nel citoplasma

4. Movimento di sostanze attraverso una membrana contro un gradiente di concentrazione

3.29. Il trasporto passivo è

3. Trasporto selettivo di sostanze in una cellula contro un gradiente di concentrazione con consumo di energia

3.30 Il trasporto attivo è

1. Cattura di sostanze liquide da parte della membrana cellulare e loro trasferimento al citoplasma della cellula

2. Cattura di particelle solide da parte della membrana cellulare e loro trasferimento al citoplasma

4. Ingresso nella cella di sostanze lungo il gradiente di concentrazione senza dispendio energetico

3.31. Le membrane cellulari sono un complesso:

2. Nucleoproteina

3. Glicolipide

4. Glicoproteina

3.32. L'organello cellulare - l'apparato di Golgi è:

1. Non membrana

3. Doppia membrana

4. Speciale

3.33. L'organello cellulare, il mitocondrio, è:

1. Non membrana

2. Membrana singola

4. Speciale

3.34. Organello cellulare - il centro cellulare è:

2. Membrana singola

3. Doppia membrana

4. Speciale

3.35. La sintesi avviene sull'EPS grezzo:

1. Lipidi

Il trasferimento vescicolare può essere suddiviso in due tipi: esocitosi - la rimozione dei prodotti macromolecolari dalla cellula e endocitosi - l'assorbimento di macromolecole da parte della cellula.

Durante l'endocitosi, una certa sezione del plasmalemma cattura, per così dire, avvolgendo il materiale extracellulare, racchiudendolo in un vacuolo di membrana che si è formato a causa dell'invaginazione della membrana plasmatica. Qualsiasi biopolimero, complesso macromolecolare, parti di cellule o persino cellule intere possono entrare in un tale vacuolo primario, o endosoma, dove poi si decompongono, si depolimerizzano in monomeri, che entrano nell'ialoplasma mediante trasferimento transmembrana.

Il principale significato biologico dell'endocitosi è l'acquisizione di elementi costitutivi attraverso la digestione intracellulare, che viene effettuata 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 da parte di una cellula (a volte anche cellule o loro parti) - è stata descritta per la prima volta da I.I. Mechnikov. La fagocitosi, la capacità di catturare grandi particelle da parte di una cellula, si trova tra le cellule animali, sia unicellulari (ad esempio, amebe, alcuni ciliati predatori) sia cellule specializzate di animali multicellulari. Cellule specializzate, fagociti

caratteristica sia degli invertebrati (amebociti del sangue o del liquido della cavità) che dei vertebrati (neutrofili e macrofagi). Così come la pinocitosi, la fagocitosi può essere aspecifica (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 i fagolisosomi.

La pinocitosi era originariamente definita come l'assorbimento di acqua o soluzioni acquose di varie sostanze da parte della cellula. È ormai noto che sia la fagocitosi che la pinocitosi procedono in modo molto simile, e quindi l'uso di questi termini può riflettere solo 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 muove all'interno della cellula.

L'endocitosi, comprese la pinocitosi e la fagocitosi, può essere aspecifica o costitutiva, permanente e specifica, mediata da recettori (recettore). Endocitosi aspecifica

(pinocitosi e fagocitosi), così chiamata perché procede come se fosse automatica e spesso può portare alla cattura e all'assorbimento di sostanze completamente estranee o indifferenti alla cellula, ad esempio,

particelle di fuliggine o coloranti.

superficie e si estende in profondità nel citoplasma. Sia l'endocitosi aspecifica che quella recettoriale, che porta alla scissione delle vescicole di membrana, si verifica in regioni specializzate della membrana plasmatica. Queste sono le cosiddette fosse bordate. Si chiamano così perché

Ai lati del citoplasma, la membrana plasmatica è ricoperta, rivestita, di un sottile strato fibroso (circa 20 nm), che, su sezioni ultrasottili, delimita e ricopre piccole sporgenze e fossette. Questi buchi sono

in quasi tutte le cellule animali occupano circa il 2% della superficie cellulare. Lo strato di confine è costituito principalmente dalla proteina clatrina associata a una serie di proteine aggiuntive.

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

Dopo che la vescicola delimitata si separa dal plasmolemma e inizia a spostarsi in profondità nel citoplasma, lo strato di clatrina si disintegra, si dissocia e la membrana endosomiale (pinosomi) acquisisce la sua forma abituale. Dopo la perdita dello strato di clatrina, gli endosomi iniziano a fondersi tra loro.

Endocitosi mediata da recettori. L'efficacia dell'endocitosi aumenta notevolmente se è mediata da recettori di membrana che si legano alle molecole della sostanza assorbita o alle molecole poste sulla superficie dell'oggetto fagocitato - ligandi (dal latino u^age - legare). Successivamente (dopo l'assorbimento della sostanza), il complesso recettore-ligando viene scisso e i recettori possono nuovamente tornare al plasmalemma. Un esempio di interazione mediata da un recettore è la fagocitosi da parte di un leucocita batterico.

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

Esocitosi

La membrana plasmatica partecipa alla rimozione delle sostanze dalla cellula mediante l'esocitosi, un processo che è l'inverso dell'endocitosi.

41 .Reticolo endoplasmatico (reticolo).

Al microscopio ottico nei fibriblasti dopo la fissazione e la colorazione, si può vedere che la periferia delle cellule (ectoplasma) si colora debolmente, mentre la parte centrale delle cellule (endoplasma) percepisce bene i coloranti. Quindi K. Porter nel 1945 vide in un microscopio elettronico che la zona endoplasmatica è piena di un gran numero di piccoli vacuoli e canali che si collegano tra loro e formano qualcosa come una rete libera (reticolo). Si è visto che le pile di questi vacuoli e tubuli erano limitate da membrane sottili. Così 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 si è rivelata 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.

Tipo