Тема 3. Молекулярные механизмы внутриклеточного транспорта

Цель: Изучение основных видов транспорта через мембрану

Задачи обучения:

Изучить виды трансмембранного переноса , экзоцитоза, эндоцитоза,

везикулярного транспорта.

Основные вопросы темы:

1. Компоненты мембраны, осуществляющие транспорт

2. Активный и пассивный транспорт.

3. Механизм работы белков – переносчиков

4. Белки-насосы

5. Везикулярный транспорт.

6. Эндоцитоз и его виды.

7. Экзоцитоз и его значение.

Информационный блок

Простейшей формой транспорта через биомембраны является свободная диффузия (облегченная диффузия). Она часто облегчается определенными мембранными белками, которые можно разделить на две группы:

1. Канальные белки образуют в биомембранах заполненные водой поры, проницаемые для определенных ионов. Например, имеются специфические ионные каналы для ионов Na+, К+, Са2+ и Cl- (см. с. 340).

2. В отличие от ионных каналов транспортные белки избирательно связывают молекулы субстрата и за счет конформационных изменений переносят их через мембрану. В этом отношении транспортные белки (белки-переносчики, пермеазы) похожи на ферменты.

Свободная диффузия и транспортные процессы, обеспечиваемые ионными каналами и переносчиками, осуществляются по градиенту концентрации или градиенту электрическою заряда (называемым вместе электрохимическим градиентом). Такие механизмы транспорта классифицируются как «пассивный транспорт». Например, по такому механизму в клетки поступает глюкоза из крови, где ее концентрация гораздо выше.

В противоположность этому механизму активный транспорт идет против градиента концентрации или заряда, поэтому активный транспорт требует притока дополнительной энергии, которая обычно обеспечивается за счет гидролиза АТФ.

С помощью транспортных систем осуществляется регуляция объема клеток, величины рН и ионного состава цитоплазмы. Благодаря транспортным системам клетки накапливают метаболиты, важные для обеспечения энергетического цикла и метаболических процессов, а также выводят в окружающую среду токсические вещества.

Эндоцитоз

• Различают 2 основных типа:

• 1.Фагоцитоз – поглощение крупных частиц – вирусов, бактерий, клеток, обломков. Фагоцитоз осуществляется с помощью макрофагов и гранулоцитов.

• 2.Пиноцитоз – присущ всем клеткам – поглощение жидкости и мелких гранул.

Механизм эндоцитоза:

1.Этап впячивание или инвагинация плазматической мембраны. Образование эндоцитозной везикулы, похожей на колбу.

2.Шейка везикулы сливается, отшнуровывается от мембраны и везикула – внутри клетки.

Судьба везикул различна:

1.Они могут направляться к комплексу Гольджи.

2.Сливаться с лизосомами, образуя вторичные лизосомы или фаголизосомы.

Экзоцитоз – имеет большое значение. Клетка обновляет мембраны, осуществляет секреторную деятельность.

Механизм экзоцитоза. 1) вещества в везикулах отпочковываются от комплекса Гольджи или ЭПС; 2) транспортируются к мембране; 3) сливается с ней. Везикула выполнила свое предназначение.

Экзоцитоз может быть: 1) непрерывным (конститутивный); 2) регулируемый.

Вещества, высвобождаемые в процессе экзоцитоза деля на 3 группы:

1.Антигены (остаются связанными с клеточной поверхностью).

2.Вещества внеклеточного матрикса

3.Сигнальные молекулы (гормоны, медиаторы).

Мембраны, как структуры клеток, могут играть роль в развитии патогенеза генных болезней.

• 1.Отсутствие некоторых белковых рецепторов на клеточной поверхности приводят к семейной гиперхолестеринемии.

• 2. Клиника витамин Д-резистентного рахита обусловлена дефектом рецептора 1,25 – дигидроксихолекальций ферола

• При муковисцидозе нарушается регуляция транспорта хлоридов через мембрану эпителиальных клеток, которая в норме регулируется кистофиброзным транспортным регулятором. Синдром полной нечувствительности к андрогенам (тестикулярная феминизация). Отсутствие чувствительности клеток приводит к развитию женского фенотипа при хромосомном наборе ХУ.

• Причина: мутация в Х-сцепленном гене, кодирующем синтез рецептора андрогенов.

Самостоятельная работа студентов:

Раб.1. Заполнить в альбоме таблицу «Типы транспорта».

Указать, с помощью какого типа транспорта (диффузия, осмос, облегченная диффузия, активный транспорт, эндоцитоз) в клетку проникают перечисленные вещества.

Вещество	Вид транспорта?	Активный / Пассивный ?
Кислород
Углекислый газ
Вода
Мочевина
Глюкоза
Глицерол
Ионы натрия
Ионы калия
Аминокислоты
Биополимеры
Обломки клеток

Раб.2.(работа с микроскопом)(х40) Осмотические явления в клетках. Плазмолиз и деплазмолиз.

Временный препарат из листа элодеи положить на предметное стекло в каплю гипертонического раствора NaCl. Наблюдать под большим увеличением сжатие цитоплазмы и отделение ее от клеточной оболочки. Дать объяснение полученным результатам. Заменить гипертонический раствор NaCl водой и проследить явление деплазмолиза. Объяснить полученные результаты. Зарисовать клетки на стадии плазмолиза и деплазмолиза.

Виды контроля:

1. Контроль исходного уровня знаний

2. Разбор результатов самостоятельной работы студентов

3. Контроль итогового уровня знаний

Методы обучения и преподавания: проведение практических занятий, работа с компьютерными моделями и микропрепаратами.