Пт и его регуляция имеют огромное медицинское значение, так как нарушения параметров пт вызывают серьезные патологические состояния организма.

Так, тетродотоксин, ядовитое вещество иглобрюха (рыбы фугу) и некоторых тритонов, обладает высоким сродством к потенциалзависимым Na-каналам, входит в них и, закрывая просвет, блокирует их активность. В результате этого использование в пищу рыбы фугу, если она не приготовлена особым способом, приводит к блоку воз­никновения и проведения нервных импульсов, заканчивающихся летальным исходом. Эффект ряда местных анестетиков обусловлен их способностью блокировать эти же каналы сходным с тетродотоксином образом.

Растительные алкалоиды курарины (действующее начало яда кураре, которым индейцы смазывали наконечники стрел) связываются с Na/K-каналом постсинаптической мембраны мышечных клеток, инактивируют его и вызывают блок нейромышечной передачи им­пульса.

При попадании кураринов в кровь (ранение стрелой) человек по­гибает от паралича мышц. Аналогичным способом действует и бунгаротоксин, белок обнаруженный в яде змей семейства кобр.

Яд паука каракурта содержит латротоксин, который встраива­ется в билипидный слой плазмалеммы и формирует нерегулируемый кальциевый канал. Если латротоксин поражает нейроны, поток ио­нов Са²⁺ индуцирует мощный выброс нейромедиаторов в синаптическую щель, вызывающий сильное возбуждение на постсинаптической мембране.

При этом пресинаптический нейрон теряет активность из-за де­фицита нейромедиаторов, секретируемых им в огромном количестве под действием латротоксина. После укуса каракуртом у человека развиваются судороги (результат сильного возбуждения), затем - параличи (результат нейромедиаторного истощения нейронов). Ха­рактерным симптомом действия латротоксина являются и галлюци­нации (возникновение ощущений и образов без адекватных им раз­дражителей).

Латротоксин относится к веществам, способным к ПТ ионов, - ионофорам. Включение ионофоров в плазмалемму клетки изменяет ее ионный баланс, что, в свою очередь, вызывает гибель клетки. Именно на этом основано действие некоторых антибиотиков - анти­бактериальных препаратов, используемых в медицине.

Так, антибиотиком-ионофором является циклический пептид валиномицин. Встраиваясь в бактериальную мембрану, он транспорти­рует по градиенту ионы К⁺, двигаясь в мембране, как челнок. Исчезновение градиента К⁺ является губительным для клеток бак­терий.

Аналогичным способом действует антибиотик грамицидин. Две молекулы грамицидина встраиваются друг за другом в мембрану бактерий и формируют неподвижный канал, через который пассивно проходят ионы К⁺.

При использовании таких антибиотиков лля лечения бактериальных инфекций следует помнить, что они способны встраиваться во внутреннюю мембрану митохон­дрий и формировать протонные каналы, т.e. пассивно транспортировать катионы водорода и тем самым нарушать работу этих органоидов.

Активный транспорт (AT) это движение молекул и ионов против градиента концентрации (в биологическом понимании градиента) и, с этой точки зрения, он противоположен свободному и пассивному транс­порту. Как и пассивный транспорт, AT осуществляется с помощью бел­ков-переносчиков, которые в данном случае называют активными переносчиками, насосами или помпами.

В соответствии с законами диффузии, AT не может происходить спонтанно, самопроизвольно. Благодаря этому осуществление AT требует

затрат энергии. По виду используемой энергии, различают 2 вида AT: первичный AT и вторичный АТ.

Первичный AT характеризуется тем, что активные переносчики, или насосы, используют энергию АТФ непосредственно. С биохимической точки зрения, такие _насосы являются АТФазами, т.е. имеют каталитиче­ский домен, в котором происходит присоединение и расщепление АТФ. В ходе связывания, гидролиза и удаления продуктов расщепления АТФ активный переносчик циклически изменяет свою конформацию, что и позволяет ему транспортировать молекулы или ионы против градиента концентрации.

Вторичный AT основан на том, что переносчик использует не энер­гию гидролиза АТФ, а энергию градиента других молекул (ионов), кото­рые он способен транспортировать пассивно, по градиенту концентрации. Пассивный транспорт вызывает изменение конформации такого перенос­чика, которое и обеспечивает AT другого типа молекул. Так как создание соответствующих градиентов сопряженно с гидролизом АТФ другими насосами, AT за счет энергии градиентов является вторичным по отноше­нию к AT путем прямого гидролиза АТФ, т.е. первичному AT.

AT, как и пассивный, характеризуется высокой специфичностью в от­ношении транспортируемых молекул. Это определяется наличием в пере­носчике центров связывания определенных молекул или ионов. Как и пассивные переносчики, насосы представляют србой белковые канальные структуры, функционирующие за счет изменения своей конформации.

Наличие насосов в плазмалемме позволяет клетке создавать и поддерживать электрохимические градиенты молекул или ионов по обе ее стороны. Эта функция определяет зависимость работы активных перенос­чиков от градиента - скорость транспорта снижается по мере создания определенной величины градиента, при которой функционирование насо­са прекращается.

Некоторые насосы-АТФазы в условиях превышения этой величины способны работать как пассивные переносчики, снижая значение градиента до необходимых параметров. При этом в условиях эксперимента пассивный транспорт через насос превращает АТФазу в АТФ-синтазу - переносчик начинает катализировать не гидролиз АТФ, а его синтез

Создание градиента ионов приводит к поляризации плазмалеммы, формированию потенциала покоя, что необходимо для функционирова­ния нейронов и мышечных клеток. Благодаря этому данные клетки обла­дают свойством возбудимости, способностью к формированию потенциала действия за счет пассивного транспорта ионов по фадиенту, созданному с помощью насосов. Кроме того, пассивный поток ионов используется рядом клеток для осуществления вторичного AT молекул, необходимых для жизнедеятельности клеток (моносахариды и аминокис­лоты). Наконец, AT необходим и используется клеткой с целью вывода опасных для нее химических соединений.

Примером универсального для всех эукариот первичного активного переносчика плазмалеммы является Са-насос, или Са-АТФаза. Он транспортирует ионы Са²⁺ из периферической гиалоплазмы за пределы клетки, расщепляя при этом молекулы АТФ.

Структурная основа Са²⁺-насоса - крупный полипептид (1220 аминокислотных остат­ков) с несколькими альфа-спиральными трансмембранными доменами и сложным цитоплазматическим доменом, локализованным в периферической гиалоилазме. Собственно Са-насос функционирует в виде гомодимера, состоящего из двух таких полипептидов. Цитоплазматический домен насоса содержит 4 разных центра: Са²⁺-связывающий (транспортный), АТФазный (каталитический), кальмодулинсвязывающий (регуляторный) и фосфорилируемый (регуляторный).

При достижении определенного уровня Са²⁺ в периферической гиалоплазме ионы связываются транспортным центром насоса и изменяют его конформацию. Это приводит к активации каталитического центра - он связывает и гидролизует АТФ. Действие каталитического (АТФазного) центра, в свою очередь, вызывает изменение конформации насоса, благо­даря чему Са²⁺, связанный в гиалоплазме, выводится во внеклеточную среду. В таком режиме работы осуществляется транспорт одного иона Са²⁴ на одну молекулу АТФ со скоростью 1000 циклов/мин.

Эта скорость может увеличиваться при активации протеинкиназы А, которая фосфорилирует цитоплазматический домен насоса и стимулирует этим его работу Данный вари­ант фосфорилирования является обратимым - насос может дефосфорилироваться с помо­щью протеинфосфатазы, что приводит к снижению скорости его работы.

Если концентрация Са²⁺ в периферической гиалоплазме достаточно велика, происходит усиление активности насоса. В этом случае Са²⁺ свя­зывается не только насосом, но и регуляторньш белком кальмодулином, с образованием активного комплекса Са-калъмодулин. Данный комплекс присоединяется к соответствующему регуляторному центру цитоплазматического домена насоса и изменяет его конформацию.

Взаимодействие Са²⁺-кальмодулина с насосом резко (в 20 раз) увеличивает сродство транспортного центра к ионам Са²⁺ и активность каталитического, АТФазного, центра в 2 раза. В результате этого скорость AT Ca²⁺ достигает 2000 ионов/мин и клетка избегает кальциевой перегрузки.

В некоторых случаях концентрация Са²⁺ периферической гиалоплаз­мы может стать очень высокой. В такой ситуации возникает реальная угроза гибели клетки из-за интенсификации Са²⁺-зависимых процессов (например, деполимеризации микротрубочек) или образования нераство­римых солей, в частности, фосфата кальция. Для предотвращения такой угрозы в клетке существует фермент кальпаин, который активируется ионами Са²⁺ при их высокой концентрации. По своей функции, кальпаин является протеинкиназой, с помощью которой фосфорилируется цито­плазматический домен Са-насоса и существенно интенсифицируется его работа.

Фосфорилирование кальпаином представляет собой необратимый процесс, приводя­щий к потере насосом способности регулироваться. Однако оно вызывает необратимое и резкое усиление активности насоса (скорости вывода ионов Са²⁺ из клетки), которое позво­ляет за короткое время нормализовать концентрацию Са в периферической гиалоплазме и предотвратить неблагоприятные последствия кальциевой перегрузки.

Кроме Са²⁺-насоса, плазмалемма зукариотических клеток содержит насосы и с другой ионной специфичностью, например, протонный насос, или H⁺ -АТФазу.

С медицинской точки зрения, интересен активный переносчик (АТФаза) гликопротеин Р. У человека (и других млекопитающих) он обнаружен в клетках почек, надпочечников, печени и кишечника. Функцией этого насоса является вывод из клетки вредных, токсич­ных для нее химических соединений, к каковым относятся и опреде­ленные лекарственные препараты.

Гликопротеин Р - крупный гликозилированный полипептид с двенадцатью альфа-спиральными трансмембранными доменами, формирующими канальную структуру, и двумя сходными по структуре и функциям цитоплазматическими доменами с центрами связывания и гидролиза АТФ (АТФазными центрами)

В тканях, содержащих клетки с гликопротеином Р, нередко воз­никают опухоли, которые очень плохо поддаются лечению химиче­скими препаратами, т.е. обладающие устойчивостью одновременно к широкому спектру цитостатиков (препаратов, прекращающих рост опухолей). В этих случаях раковые клетки содержат необычно боль­шое количество молекул гликонротеина Р в плазмалемме. Благодаря этому цитостатики, попавшие в опухолевые клетки, очень быстро выводятся из них, не успев оказать терапевтического действия.

Одной из причин такой лекарственной устойчивости раковых клеток может быть амплификация (увеличение числа копий) гена, кодирующего структуру гликопротеина Р в опухолевых клетках. Такая возможность продемонстрирована экспери­ментально при изучении механизмов лекарственной устойчивости некоторых опухолевых клеток у мышей.

Возникнув в одной раковой клетке, амплицированный ген передается другим опухолевым клеткам, образующимся из исходной путем ее деления при росте опухо­ли. В результате этого лекарственную устойчивость приобретают многие клетки данной опухоли, что делает ее не чувствительной к цитостатикам.

Транспорт (как пассивный, так и активный), при котором переносчик функционирует только в отношении молекул или ионов одного вида, по­лучил название унипорт. Кроме унипорта, существует сопряженный транспорт, или копорт, при котором переносчик способен транспорти­ровать одновременно более одного вида молекул (ионов). Такие перенос­чики называют сопряженными переносчиками, или копортерами.

Различают 2 варианта копорта: симпорт и антипорт. При симпорте различные молекулы (ионы) транспортируются переносчиком в одном направлении, а при антипорте направления транспорта разных молекул (ионов) являются противоположными. При этом механизм транспорта молекул (ионов) разного вида может не совпадать, т.е. для одного вида он может быть пассивным, а для другого - активным. С этой точки зрения, вторичный AT относится к категории копорта в варианте симпорта.

Примером такого вида транспорта является реабсорбция (обратное всасывание) глюкозы и аминокислот из первичной мочи, осуществляемое нефроцитами (клетками почечных канальцев). Этот процесс предотвра­щает потери организмом ценных для него органических соединений, в результате чего вторичная моча, выводящаяся из организма, в норме практически не содержит глюкозы и аминокислот.

Глюкоза реабсорбируется с помощью переносчиков, локализованных в плазмалемме нефроцитов. Эти сопряженные переносчики способны к пассивному транспорту ионов Na⁺, который сопровождается переносом глюкозы в том же направлении, что и ионов Na⁺. Таким образом, для транспорта глюкозы симпортный переносчик использует энергию гради­ента Na.

В первичной моче концентрация Na всегда выше, чем в цитоплазме клеток эпителия почечных канальцев, что обеспечивается работой актив­ных переносчиков Na⁺ в этих же клетках. Глюкоза, попавшая в первичную мочу при фильтрации плазмы крови в почечных клубочках, связывается соответствующим симпортером (его наружным доменом). Взаимодейст­вие с молекулой глюкозы активирует Na-канал этого переносчика, в ре­зультате чего происходит пассивный транспорт ионов через этот канал.

Поток ионов Na⁺ обеспечивает изменение конформации сопряженно­го переносчика и транспорт глюкозы в том же направлении, что и Na⁺. При этом глюкоза транспортируется всегда в клетки почечных канальцев вне зависимости от ее относительных концентраций в первичной моче и цитоплазме клеток канальцев, т.е. может транспортироваться активно, против градиента собственной концентрации. Именно это позволяет реаб-сорбировать практически всю глюкозу из первичной мочи, снижая пище­вую потребность в этом моносахариде.

Аналогичные натриевые симпортеры глюкозы и аминокислот функционируют в клет­ках тонкой кишки, где они обеспечивают максимальное всасывание этих веществ, образо­вавшихся в процессе пищеварения. Кроме симпортного вторичного AT глюкозы, в клетках осуществляется и пассивный унипорт этого моносахарида с помощью переносчиков семей­ства GluT.

Реабсорбция глюкозы в почках имеет важное физиологическое значение, предотвращая развитие гипогликемии (пониженного уров­ня глюкозы в крови). При снижении концентрации глюкозы в крови до 0,2 мг/мл у человека развиваются гипогликемические судороги. Если в такой ситуации не ввести глюкозу, тяжелая гипогликемия может привести к летальному исходу.

С другой стороны, система обратного транспорта глюкозы в по­чечных канальцах функционирует таким образом, что препятствует развитию гипергликемии, вызывающей симптомы сахарного диабета. Скорость реабсорбции глюкозы в почках имеет предельную величи­ну порядка 350 мг/мин. Благодаря этому избыток глюкозы в первич­ной моче не реабсорбируется, а выводится с вторичной мочой.

Наличие глюкозы во вторичной моче, глюкозурия, является след­ствием гипергликемии и служит диагностическим признаком сахар­ного диабета. Глюкозурия может транзитно наблюдаться и у здоровых людей, если концентрация глюкозы в венозной крови дос­тигает 2 мг/мл. Этот уровень обозначают как почечный порог для глюкозы.

Причиной глюкозурии может быть не только гипергликемия, но и нарушения реабсорбции глюкозы. В частности, ее вторичный AT в почечных канальцах может быть подавлен некоторыми химически­ми веществами, например, флоридзином.

Известны и наследственные нарушения реабсорбции глюкозы, врожденная глюкозурия. При этом заболевании человек является предрасположенным к гипогликемии из-за хронической потери глю­козы, выводящейся с вторичной мочой. Соответственно, такие боль­ные должны получать с пищей достаточное количество углеводов для предотвращения развития гипогликемии.

Аналогичная система почечной реабсорбции существует и для амино­кислот. Известно 7 различных систем вторичного AT аминокислот, рабо­тающих на основе симпорта с ионами Na⁺. При этом один и тот же переносчик способен транспортировать разные аминокислоты, имеющие сходную пространственную конфигурацию.

В частности, имеется Nа⁺-симпортер для кислых аминокислот (глутаминовой и аспарагиновой), для основных аминокислот (аргинина, лизина и орнитина) и 5 разных переносчи­ков нейтральных аминокислот: цистина и цистеина; пролина, оксипролина и глицина, глицина; фенилаланина, лейцина, изолейцина, триптофана и метионина; таурина, β-аланина и γ-аминомасляной кислоты (ГАМК).

Наследственные дефекты структуры и функции таких симпорте-ров приводят к аминоацидурии (наличию аминокислот во вторичной моче). Примером такой наследственной болезни является цистинурия, причиной которой является нарушение вторичного AT цистеина и ряда других аминокислот. Особенность этой аминоацидурии за­ключается в том, что на фоне повышенной концентрации цистеина в моче развивается нефролитиаз - формирование цистеиновых "кам­ней" в почках. Это приводит к серьезным нарушениям функций мочевыделительной системы. В частности, характерным симптомом цистинурии (нефролитиаза) является гематурия (моча с кровью).

Сопряженный транспорт (копорт) может осуществляться в виде пер­вичного AT, т.е. с помощью насосов-АТФаз. Таким активным переносчи­ком является Nа/К -насос (Na/К -АТФаза), который функционирует, транспортируя ионы Na⁺ и К⁺ в противоположных направлениях и против градиентов их концентраций. С этой точки зрения, Na⁺/К⁺-АТФаза осуще­ствляет первичный активный антипорт Na⁺ и К⁺.

Na⁺/K⁺-нacoc является универсальным трансмембраиным (интегральным) компонен­том нлазмалеммы практически всех эукариотических клеток. Он представляет собой слож­ную белковую структуру, активную в комплексе с молекулами холестерола и фосфатидилсерина. В составе насоса обнаруживают 3 разных белковых субъединицы (α, β и γ), по 2-4 субъсдиницы каждого тина.

АТФазной активностью обладает цитоплазматический домен β-субъединицы, транс­мембранный домен которой формирует канальную систему для транспорта Na⁺и К. Струк­тура и локализация β-субъединицы в БЛС таковы, что гидролиз АТФ ее цитоплазматическим доменом приводит к AT Na из клетки, а К⁺ - в клетку.

При этом на один рабочий цикл (одну молекулу АТФ) выводится 3 иона Na⁺ и вводит­ся 2 иона К⁺, т.е. данный насос является электрогенным. Таким образом, работа β-субъединицы не только формирует два разнонаправленных градиента ионов (Na⁺ больше во внеклеточной среде, К⁺ - в гиалоплазме), но и приводит к поляризации плазмалеммы (избы­ток катионов с ее наружной стороны).

Созданный насосом электрохимический градиент Na используется клетками для вто­ричного AT или создания потенциала действия (возбуждения) в нервных и мышечных клетках. Скорость работы насоса может достигать 100000 циклов/мин.

Как оказалось, α - и γ-субъединицы насоса не имеют отношения к активному антипорту Na⁺ и К⁺. Взаимодействуя между собой и с β-субъединицей, они формируют канальные системы, через которые в клетку транспортируются глюкоза и аминокислоты. Эта система активируется изменением конформации β -субъединицы, те. при AT ионов Na⁺ и К⁺, сопря­женном с гидролизом АТФ.

Интенсивность работы Na/К-насоса может быть изменена дей­ствием определенных химических веществ, и эту особенность ис­пользуют в медицинской практике. Так, для усиления сердечных сокращений (сократительной функции кардиомиоцитов) используют сердечные гликозиды (например, препараты растения наперстянки), которые подавляют активность Na/К-насоса.

Ингибирование насоса вызывает гипополяризацию плазмалеммы кардиомиоцитов и, в свою очередь, накопление в них ионов Са, используемых для сокращения клеток сердечной мышцы. Однако препараты наперстянки одновременно нарушают функции желудоч­но-кишечного тракта и органа зрения.

Действие ряда анестетиков, используемых при хирургических операциях для обезболивания и наркоза, основано на том, что они, встраиваясь в билипидный слой плазмалеммы нейронов, усиливают интенсивность работы Na⁺/K⁺-Hacoca. Это приводит к гиперполяриза­ции плазмалеммы и, как следствие, блоку возникновения и проведе­ния болевых нервных импульсов.

Известны наследственные болезни, причина которых - измене­ние активности Na/K-АТФазы. Овалоцитарная анемия, или овалоцитоз, обусловлена усиленной активностью насоса, число единиц которого в эритроцитах достигает 600. Дефицит ионов Na⁺ в эритро­цитах вызывает СТ молекул воды в плазму крови, в результате чего эритроциты изменяют свою форму - становятся овальными.

При некоторых наследственных формах ожирения обнаружива­ется пониженная активность Na⁺/K⁺-нacoca. Одним из объяснений этой корреляции является то, что для работы насоса требуется большое количество молекул АТФ (около 30% всей клеточной АТФ). Если насос работает постоянно с меньшей интенсивностью, затраты АТФ существенно снижаются. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению масштабов энергетического обмена в клетках и воз­никновению избытка глюкозы в организме. Одним из способов ути­лизации этого избытка является трансформация глюкозы в жиры, которые депонируются в клетках жировой ткани, вызывая симпто­мы ожирения.

Кроме антипортных АТФаз существуют и пассивные антипортные переносчики. Такой вид сопряженного транспорта осуществляет, напри­мер, анионный переносчик, или капнофорин, обнаруживаемый в большом количестве в мембране эритроцитов. Данный переносчик способен к ПТ ионов Сl^-, НСО₃^-, НРО₄^2- и SO₂^2-, однако наибольшую специфичность он проявляет в отношении антипорта Сl^- и НСО₃^-. Огромное количество мо­лекул капнофорина в плазмалемме эритроцитов обусловлено тем, что они обеспечивают эффективный транспорт диоксида углерода.

Капнофорин представляет собой крупный (порядка 96 кДа) полипептид, включающий несколько грансмембранных альфа-спиральных участков, формирующих анионный канал. Цитоплазматический домен переносчика имеет центры связывания с белками цитоскелета, гемоглобином и ферментами гликолиза. Наружный домен капнофорина гликозилирован - содержит углеводные компоненты, которые являются антигенными детерминантами не­скольких систем групп крови В мембране эритроцитов анионный переносчик представлен в виде гомодимеров, количество которых составляет около 50 тыс., причем каждый протомер димера обладает способностью к антипорту анионов со скоростью до 50000 циклов в секунду.

Образовавшийся в тканях диоксид углерода очень быстро (3-4 мс) диффундирует в плазму крови и путем СТ проникает в эритроциты. Толь­ко 8% молекул газа транспортируется к легким в растворенном виде плазмой крови. Поступивший в эритроциты диоксид углерода частично связывается молекулами гемоглобина и транспортируется к легким в свя­занной форме. Основное количество газа (80%) превращается в анион НСО₃ (гидрокарбонат-анион).

В эритроцитах содержится фермент карбоангидраза, который катализирует реакцию взаимодействия диоксида углерода с молекулами воды, в результате чего образуется уголь­ная кислота (СО₂ + Н₂О -> Н₂СО₃). Угольная кислота в водном растворе ершу диссоцииру­ет на протон и гидрокарбонат-анион (Н₂СОз -> Н⁺ + НСОз^-). Образующиеся протоны взаимодействуют с молекулами оксигемоглобина, способствуя диссоциации от него кисло­рода, после чего кислород диффундирует в плазму крови и ткани. Таким образом, диссо­циация угольной кислоты и протонирование гемоглобина приводят к увеличению концентрации иона НСОз^- в гиалоплазме эритроцитов.

Накапливающиеся в эритроците гидрокарбонат-анионы быстро выво­дятся по градиенту концентрации в плазму крови с помощью капнофори­на. Этот антипортер фактически обменивает каждый гидрокарбонат-анион на анион Сl, так как концентрация Сl в плазме крови выше, чем в гиалоплазме эритроцитов. Анионы НСО₃^- транспортируются плазмой крови в легочные капилляры, где вновь с помощью капнофорина попада­ют в эритроциты, обмениваясь на ионы Сl, где на основе обратной реак­ции трансформируются в диоксид углерода.

Появление в эритроцитах гидрокарбонат-аниона приводит к депротонированию гемолобина, после чего он приобретает способность присоединять молекулы кислорода, пре­вращаясь в оксигемоглобин. Освободившиеся протоны взаимодействуют с НСОз^-, в результате чего образуется угольная кислота, которая с помощью той же карбоангидразы расщепляется на молекулы воды и диоксида углерода.

Диоксид углерода свободно диффундирует через БЛС плазмалеммы эритроцитов в плазму крови, откуда через стенки легочных капилляров и альвеол (легочных пузырьков) поступает в легкие и удаляется при выдохе. Таким образом, в легочных капиллярах протекают процессы, обратные происходящим в тканевых капиллярах, что обеспечивается обратимостью Функционирования анионного антипортера капнофорина и эритроцитарного фермента карбоангидразы.

Карбоангидраза представлена и в плазмалемме эпителиальных клеток легочных капил­ляров, так что превращение НСОз^- в СO₂ может осуществляться и без транспорта гидрокар­бонат-аниона в эритроциты - непосредственно в плазме крови, проходящей через капилляры легких.

СТ, ПТ и AT подвержены частицы и молекулы малых и средних раз­меров. При этом СТ и ПТ осуществляются по законам диффузии - проте­кают «по градиенту концентрации». Благодаря этому, эти два вида транспорта часто объединяют общим названием «пассивный транспорт», подразделяя его на простую диффузию и облегченную диффузию. AT не подчиняется законам диффузии, протекая «против градиента концентра­ции», и поэтому требует энергетических затрат со стороны клетки. Рас­смотренные механизмы транспорта не могут обеспечить поступление в клетку или вывод из нее крупных органических соединений, макромоле­кул типа биополимеров, не говоря о более сложных, надмолекулярных структурах. Эта проблема решается с помощью принципиально иного вида транспорта, осуществляемого ПА клетки.

Транспорт в мембранной упаковке, или цитоз, характеризуется тем, что на определенных его стадиях транспортируемые вещества нахо­дятся внутри мембранных пузырьков, т.е. окружены мембраной, имеют мембранную упаковку. По направлению транспорта в отношении клетки, различают 3 вида цитоза: эндоцитоз (транспорт в клетку), экзоцитоз (транспорт из клетки) и трансцитоз, или диацитоз (транспорт через клетку).

Эндоцитоз может осуществляться различными механизмами, в связи с чем выделяют 3 его варианта: фагоцитоз, макропиноцитоз и микропиноцитоз. При данных вариантах эндоцитоза транспортируемое вещество при поступлении в клетку окружается участком плазмалеммы и оказыва­ется в цитоплазме внутри мембранного пузырька.

Фагоцитозу подвергаются крупные молекулы и частицы, размер ко­торых составляет 1 мкм и более. В результате фагоцитоза формируется мембранный пузырек с транспортируемой частицей, который называют фагосомой. Образование фагосомы является сложным процессом, тре­бующим затрат энергии со стороны клетки - при дефиците АТФ в клетке фагоцитоз не осуществляется.

Фагоцитоз представляет собой вид индуцируемого транспорта, зави­сящий от взаимодействия фагоцитируемой частицы с определенными компонентами ПА клетки. Такое специфическое взаимодействие (узнавание) - обеспечивается наличием в составе ПА клетки набора опре­деленных интегральных белков или гликопротеинов, получивших назва­ние рецепторов фагоцитоза. Эти рецепторы связывают соответствующие им участки фагоцитируемой частицы - детерминанты фагоцитоза. Та­ким образом, фагоцитозу подвергаются только те частицы, которые со­держат на своей поверхности детерминанты, узнаваемые рецепторами фагоцитоза в ПА данной клетки.

Первый этап фагоцитоза представляет собой опосредованное рецеп­торами распознавание клеткой фагоцитируемой частицы. Разнообразие рецепторов у данной клетки может быть большим, но доказано, что фаго­цитируется не любая крупная частица. Этап распознавания (взаимодейст­вие «рецептор-детерминанта») является энергонезависимым, т.е. протекает без затрат АТФ клеткой.

Связывание рецепторами соответствующих детерминант индуцирует второй этап фагоцитоза - формирование фагосомы. Данный этап является АТФ-зависимым и блокируется в условиях дефицита этого макроэрга. Образование фагосомы не происходит и при действии на клетку цитохалазинов, которые вызывают деполимеризацию актиновых МФ. Оба факта указывают на участие в формировании фагосомы АМС. Фагосома образу­ется путем формирования выростов ПА клетки - псевдоподий (ложноно­жек), которые обволакивают фагоцитируемую частицу со всех сторон.

В основе этого процесса лежит взаимодействие клеточных рецепторов с детерминан­тами фагоцитоза на частице, благодаря чему псевдоподии перемещаются по частице и смыкаются над ней. В результате такого движения, механизм которого называют «застеж­кой молнии», фагоцитируемая частица оказывается внутри сформировавшейся фагосомы.

Условием нормального протекания фагоцитоза является достаточное количество де­терминант, расположенных по всей поверхности фагоцитируемой частицы. Если это усло­вие не выполняется (например, детерминанты сконцентрированы в одном районе частицы), фагоцитоз может начинаться, но не завершается образованием фагосомы. Такая ситуация обозначается как незавершенный фагоцитоз, или абортивный фагоцитоз. Незавершенный фагоцитоз наблюдается и в том случае, если клетка пытается фагоцитировать структуру очень большого размера, сравнимого с размером самой клетки.

У высших многоклеточных организмов, включая человека, способно­стью к фагоцитозу в норме обладают только определенные клетки, в пер­вую очередь, клетки иммунной системы. Высокой фагоцитарной активностью характеризуются 2 вида лейкоцитов: нейтрофилы и макро­фаги, которые объединяют термином «фагоциты». Кроме них, ограни­ченной способностью к фагоцитозу обладают эозинофилы (вид лейкоцитов) и В-лимфоциты. Осуществлять фагоцитоз могут и клетки, не относящиеся к иммунной системе. Это свойство обнаружено, в частности, у эндотелиоцитов (клеток эпителия капилляров) и нефроцитов (клеток эпителия почечных канальцев).

На основе фагоцитоза осуществляется защитная функция организма. Во-первых, фагоциты способны уничтожать чужеродные клетки, напри­мер, бактериальные, обеспечивая один из элементов защиты от инфекци­онных заболеваний. Аналогичная ситуация характерна и для чужеродных макромолекулярных токсинов (ядов), фагоцитоз которых препятствует отравлению организма. Во-вторых, фагоциты могут уничтожать соста­рившиеся, изменившиеся или поврежденные клетки собственного орга­низма. Так, у человека макрофаги ежедневно избавляют организм от 100 млрд, эритроцитов, утративших свои функции.

Дефекты фагоцитоза у человека приводят к иммунодефицитным состояниям организма - повышенной чувствительности к бактери­альным и вирусным инфекциям. Наследственные формы таких аномалий вызывают предрасположенность к хроническим инфекцион­ным заболеваниям. В частности, известна наследственная аномалия, в результате которой фагоциты теряют способность к фагоцитозу из-за дефекта АМС. Люди с такими дефектными фагоцитами имеют повышенную чувствительность к инфекционным болезням.

Блок фагоцитоза может быть обусловлен и наследственными де­фектами рецепторов, узнающих антигенные детерминанты бактери­альных клеток или вирусов. Эта особенность приобрела свое значение в эволюции некоторых паразитических микроорганизмов. В ходе естественного отбора их поверхностные детерминанты (анти­гены) видоизменяются таким образом, что не узнаются рецепторами фагоцитоза. В результате такие микробы избегают взаимодействия с фагоцитами и становятся сильно патогенными для организма, в котором они паразитируют.

Внутриклеточные паразиты (вирусы, бактерии, простейшие) ис­пользуют фагоцитоз как способ проникновения в клетке организма-хозяина. В таких случаях они способны блокировать внутриклеточ­ные механизмы своего уничтожения, которые существуют в фагоци­тирующей их клетке.

Макропиноцитоз - это процесс эндоцитоза отдельных макромоле­кул, размеры которых составляют десятые доли мкм. Как и фагоцитоз, макропиноцитоз является АТФ-зависимым, однако этот вариант эндоци­тоза не требует участия АМС. В частности, цитохалазины, разрушающие актиновые МФ и тем самым блокирующие фагоцитоз, не оказывают влияния на процесс макропиноцитоза.

Для инициации макропиноцитоза, как и фагоцитоза, необходимо взаимодействие транспортируемой макромолекулы с высокоспецифич­ными к ней рецепторами, рецепторами макропиноцитоза. Благодаря этому макропиноцитоз называют также опосредуемым рецепторами эндоцитозом, хотя участие рецепторов универсальная характеристика всех вариантов эндоцитоза. Исключением является жидкостнофазный эндоцитоз - неспецифическое, пассивное включение низкомолекулярных внеклеточных веществ в формирующийся с помощью рецепторов мем­бранный пузырек.

Макропиноцитоз происходит в специализированных участках ПА клетки, так называемых окаймленных ямках, суммарная площадь которых составляет около 2% площади ПА. Окаймленные ямки представляют со­бой небольшие и неглубокие впячивания плазмалеммы, в которых скон­центрированы рецепторы макропиноцитоза. В периферической гиалоплазме ямок находится большое количество молекул белка клатрина, взаимодействующих с мембранными белками и формирующих клатриновое окаймление ямки.

На первом этапе макропиноцитоза, этапе узнавания, происходит связывание транспортируемых макромолекул специфичными к ним рецепторами. При этом высокая концентрация рецепторов именно в ямках позво­ляет связать большое количество соответствующих макромолекул в одной ямке. В результате концентрация молекул в ямках превышает концентра­цию этих же молекул вне ямок более чем в 1000 раз.

Таким образом, концентрирование рецепторов макропиноцитоза в ямках резко увеличивает эффективность этого вида транспорта на фоне его высокой селективности. Как и в случае фагоцитоза, первый этап макропиноцитоза является АТФ-независимым.

Связывание большого количества транспортируемых молекул рецеп­торами служит сигналом для формирования мембранного пузырька, макропиносомы. Конкретно, происходит активация специфической протеинкиназы, с помощью которой осуществляется фосфорилирование белков окаймления ямки клатринов, для чего используются молекулы АТФ. Фосфорилированные клатрины приобретают способность к поли­меризации, взаимодействуют друг с другом и белками плазмалеммы в ямке. В частности, к цитоплазматическому домену рецепторов макропи­ноцитоза присоединяется белок адаптин, с которым и связываются клат­рины.

Сложная структур