8

24

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение 3
• Глава 1. Эндоцитоз 4
• 1.1. Понятие, виды эндоцитоза 4
• 1.2. Анализ особенностей эндоцитоза 6
• 1.3. Эндоцитоз: слияние эндоцитозных пузырьков с лизосомами 7
• 1.4. Эндоцитоз макромолекул, опосредуемый рецепторами 8
• Глава 2. Эндомитоз 11
• 2.1. Понятие и анализ особенностей эндомитоза 11
• 2.2. Тромбоцитемия: этиология 12
• 2.3. Тромбоцитопоэз 14
• Глава 3. Полиплоидия 15
• 3.1. Понятие полиплоидии 15
• 3.2. Роль полиплодии в видообразовании 16
• 3.3. Значениие полиплоидии в селекции растений 17
• Заключение 19
• Список литературы 21

Введение

Целью данной работы является систематизация, накопление и закрепление знаний и теоретических основ анализа эндоцитоза, эндомитоза, полиплоидии.

Для реализации вышеуказанной цели в работе предстоит решить ряд задач:

- рассмотреть понятие и виды эндоцитоза,

- проанализировать особенности эндоцитоза,

- выявить процессы, происходящие при эндоцитозе,

- изучить понятие эндомитоза,

- подвергнуть анализу особенности эндомитоза,

- исследовать этиологию и особенности тромбоцитемии и тромбоцитопоэза,

- охарактеризовать полиплоидию,

- указать роль полиплоидии в видообразовании,

- исследовать значение полиплоидии в селекции растений.

Цель и задачи работы обусловили выбор ее структуры. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной при написании работы литературы.

Первая глава работы посвящена изучению эндоцитоза, проводится анализ особенностей процессов, происходящих при эндоцитозе.

Во второй главе работы анализируется эндомитоз, приводится характеристика особенностей эндомитоза, исследуется этиология тромбоцитемии и тромбоцитопоэза.

Третья глава работы освещает вопросы, раскрывающие понятие, роль и значение полиплоидии, полиплоидия рассматривается как наследственное изменение, заключающееся в кратном увеличении числа наборов хромосом в клетках организма.

Такое построение работы наиболее полно отражает организационную концепцию и логику излагаемого материала.

Глава 1. Эндоцитоз

1.1. Понятие, виды эндоцитоза

Клетки способны также поглощать макромолекулы и частицы, используя сходный с экзоцитозом механизм, но в обратной последовательности. Поглощенное вещество постепенно окружается небольшим участком плазматической мембраны, который сначала впячивается, а затем отщепляется, образуя внутриклеточный пузырек, содержащий захваченный клеткой материал. Такой процесс образования внутриклеточных пузырьков вокруг поглощенного клеткой материала называется эндоцитозом.

В зависимости от размера образующихся пузырьков различают два типа эндоцитоза:

1) Пиноцитоз - поглощение жидкости и растворенных веществ с помощью небольших пузырьков, и

2) фагоцитоз - поглощение больших частиц, таких, как микроорганизмы или обломки клеток. В этом случае образуются крупные пузырьки, называемые вакуолями и поглощение корпускулярного материала: бактерий, крупных вирусов, отмирающих собственных клеток организма или чужеродных клеток, таких, например, как эритроциты различных видов осуществляется клетками (макрофагами, нейтрофилами).

Жидкость и растворенные вещества непрерывно поглощаются большинством клеток посредством пиноцитоза, тогда как большие частицы поглощаются главным образом специализированными клетками - фагоцитами. Поэтому термины "пиноцитоз" и "эндоцитоз" обычно употребляются в одном и том же смысле.

Пиноцитоз характеризуется поглощением и внутриклеточным разрушением макромолекулярных соединений, таких как белки и белковые комплексы, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липопротеины. Объектом пиноцитоза как фактора неспецифической иммунной защиты являются, в частности, токсины микроорганизмов.

Адгезия веществ на клеточной поверхности приводит к локальной инвагинации (впячиванию) мембраны, завершающейся образованием пиноцитарного пузырька очень небольшого размера (приблизительно 0,1 микрона). Несколько слившихся пузырьков формируют более крупное образование - пиносому. На следующем этапе пиносомы сливаются с лизосомами, содержащими гидролитические ферменты, которые разрушают полимерные молекулы до мономеров. В тех случаях, когда процесс пиноцитоза реализуется через рецепторный аппарат, в пиносомах до слияния с лизосомами наблюдается отсоединение захваченных молекул от рецепторов, которые в составе дочерних пузырьков возвращаются на клеточную поверхность.

Практически все эукариотические клетки непрерывно поглощают кусочки своих плазматических мембран в виде небольших эндоцитозных пузырьков (пиноцитозных пузырьков). Непрерывный (конститутивный) процесс захватывания внеклеточной жидкости и всего, что в ней растворено, пузырьками и поглощение этого клеткой называется эндоцитозом жидкостным.

Скорость конститутивного эндоцитоза варьирует в разных типах клеток, но обычно бывает очень большой. Например, макрофаг поглощает за 1 ч 25% собственного объема. Это означает, что он поглощает 3% своей плазматической мемабраны в минуту, или 100% примерно за полчаса. В фибробластах эндоцитоз идет со скоростью, составляющей менее 1/3 этой величины, тогда как некоторые амебы заглатывают свою мембрану даже быстрее, чем макрофаг. Поскольку площадь поверхности и объем клетки остаются в процессе эндоцитоза неизменными, ясно, что мембрана возобновляется на клеточной поверхности за счет экзоцитоза с такой же скоростью, с какой удаляется посредством эндоцитоза. Учитывая большие скорости этих процессов и отсутствие данных о том, что деградация плазматической мембраны происходит со сравнимой скоростью, можно предположить, что липиды и белки подвергающейся эндоцитозу мембраны реутилизируются и вновь возвращаются в плазматическую мембрану, а не деградируют.

Представление о широкомасштабном круговороте плазматической мембраны - это основное положение гипотезы "мембранного потока", предложенной для объяснения механизма кэппинга и перемещения клеток.

1.2. Анализ особенностей эндоцитоза

Эндоцитоз: окаймленные пузырьки

Большинство эукариотических клеток содержит особый класс пузырьков, диаметр которых варьирует от 5О до 25О нм и которые на обычных электронных микрофотографиях кажутся окруженными со стороны цитоплазмы щетинкообразной каймой. По-видимому, одни из таких эндоцитозных окаймленных пузырьков участвуют во внутриклеточном транспорте веществ между органеллами клетки, тогда как другие непрерывно образуются путем впячивания и отщепления окаймленных участков плазматической мембраны - окаймленные ямки.

Мембраны окаймленных пузырьков содержат несколько количественно преобладающих белков, в т.ч. клатрин.

Эндоцитоз: окаймленные ямки

Большинство эукариотических клеток содержит особый класс пузырьков, диаметр которых варьирует от 50 до 250 нм и которые на обычных электронных микрофотографиях кажутся окруженными со стороны цитоплазмы щетинкообразной каймой. По-видимому, одни из таких эндоцитозных окаймленных пузырьков участвуют во внутриклеточном транспорте веществ между органеллами клетки, тогда как другие непрерывно образуются путем впячивания и отщепления окаймленных участков плазматической мембраны. Такие участки - окаймленные ямки - составляют около 2% клеточной поверхности фибробласта в культуре.

В некоторых клетках окаймленные ямки предпочтительно располагаются над пучками цитоплазматических актиновых филаментов (напряженных нитей), что свидетельствует о возможности взаимодействия окаймленных участков плазматической мембраны с цитоскелетом.

Клатрин

Клатрин - консервативный фибриллярный белок (18О ООО дальтон), образующий вместе с другим полипептидом (35 ООО дальтон) характерный многогранный чехол на поверхности окаймленных пузырьков. Основным структурным компонентом чехла служит трехвалентный белковый комплекс (трискелион), состоящий из трех полипептидных цепей клатрина и трех меньших по размеру полипептидов. Трискелионы образуют на поверхности окаймленных пузырьков корзиноподобные сетки из шести- и пятиугольников. Выделенные трискелионы при соответствующих условиях способны к спонтанной агрегации. При этом даже в отсутствие пузырьков формируются типичные многогранные корзинки. Остальные белки, входящие в состав мембраны окаймленных пузырьков, по-видимому, отвечают за связывание клатриновой оболочки с пузырьком и за улавливание рецепторов плазматической мембраны в окаймленные ямки и пузырьки.

1.3. Эндоцитоз: слияние эндоцитозных пузырьков с лизосомами

Эндоцитозные пузырьки различаются по размеру и форме (их диаметр составляет 5О-4ОО нм). Они обычно увеличиваются путем слияния друг с другом и с другими внутриклеточными пузырьками. В большинстве клеток подавляющая часть эндоцитозных пузырьков в конце концов сливается с небольшими пузырьками, называемыми первичными лизосомами. При этом образуются вторичные лизосомы, представляющие собой специализированные компартменты, предназначенные для внутриклеточного пищеварения. Поскольку в лизосомах имеются разнообразные гидролитические ферменты, большая часть макромолекулярного содержимого пузырьков, слившихся с лизосомами, быстро разрушается; низкомолекулярные продукты распада транспортируются через мембрану лизосомы в цитозоль, где они могут использоваться клеткой. С другой стороны, мембранные компоненты эндоцитозных пузырьков в основном избегают деградации; они исключаются из лизосомы с помощью неизвестного механизма и возвращаются в плазматическую мембрану.

Не все эндоцитозные пузырьки сливаются с лизосомами. В некоторых клетках специальные эндоцитозные пузырьки проходят через всю цитоплазму, не взаимодействуя с лизосомами, и высвобождают свое содержимое путем экзоцитоза на противоположной поверхности, перенося таким образом материал с одной стороны клетки на другую. Такой транспортный механизм представляет собой один из способов, с помощью которого клетки эндотелия, выстилающие малые кровеносные сосуды, переносят вещества из кровотока в окружающую внеклеточную жидкость. В эндотелиальных клетках позвоночных этот процесс идет с участием небольших пузырьков (7О нм в диаметре), которые иногда сливаются одновременно друг с другом и с обеими клеточными поверхностями, формируя таким образом окруженные мембраной каналы, пересекающие всю клетку.

1.4. Эндоцитоз макромолекул, опосредуемый рецепторами

Макромолекулы, которые связываются со специфическими рецепторами на поверхности клеток, проходят внутрь через окаймленные ямки со значительно большей скоростью, чем вещества, поступающие в клетки за счет жидкофазного эндоцитоза. Следовательно, опосредуемый рецепторами эндоцитоз представляет собой избирательный концентрирующий механизм, позволяющий клеткам захватывать большие количества специфических лигандов без поглощения соответственно большего объема внеклеточной жидкости.

Поглощение животными клетками холестерола из внеклеточной среды осуществляется за счет эндоцитоза, опосредуемого рецепторами. Если такое проникновение холестерола в клетки заблокировать, то холестерол накапливается в крови и может способствовать образованию атеросклеротических бляшек на стенках кровеносных сосудов. Основная часть холестерола переносится кровью в виде ЛПНП. Когда животной клетке необходим холестерол для синтеза мембраны, она производит белки-рецепторы ЛПНП и встраивает их в плазматическую мембрану. Большинство этих рецепторных белков самопроизвольно включается в состав окаймленных ямок, а включение в ямки остальных рецепторных белков индуцируется связыванием с ЛПНП. Все ЛПНП-частицы, связавшиеся с ЛПНП - рецепторами, быстро проникают внутрь клетки, поскольку окаймленные ямки постоянно отщепляются, образуя окаймленные пузырьки. Эти пузырьки быстро теряют свою кайму и сливаются с другими пузырьками, образуя более крупные пузырьки - эндосомы. Эндосомы, в свою очередь, сливаются с первичными лизосомами, в результате чего формируются вторичные лизосомы. Таким образом, через 10-15 мин после связывания с рецепторами на поверхности клетки ЛПНП доставляются к лизосомам, где эфиры холестерола гидролизуются до свободного холестерола, который может использоваться клеткой при синтезе новых мембран. Если в клетке скопилось слишком много холестерола, то его синтез, а также синтез белков-рецепторов ЛПНП подавляется, в результате чего холестерола меньше производится и меньше поглощается извне.

Этот путь нарушается у некоторых индивидуумов, унаследовавших дефектные гены белков-рецепторов ЛПНП: их клетки не способны поглощать ЛПНП из крови. Обусловленный этим дефектом высокий уровень холестерола в крови создает у таких индивидуумов предрасположение к преждевременному атеросклерозу, так что большинство из них умирает в раннем возрасте от коронарной болезни сердца. Аномалия может быть связана с утратой рецепторами участка связывания либо с ЛПНП, либо с окаймленной ямкой. В последнем случае имеется достаточное число белков-рецепторов ЛПНП, но они не собираются в окаймленных участках плазматической мембраны. ЛПНП связываются с поверхностью таких мутантных клеток, однако внутрь они не проникают. Это прямо доказывает важность окаймленных ямок в опосредуемом рецепторами эндоцитозе холестерола.

Как и другие рециркулирующие компоненты мембраны эндоцитозных пузырьков, белки-рецепторы ЛПНП, входящие внутрь клетки, в основном не разрушаются в лизосомах, а быстро возвращаются в плазматическую мембрану, где вновь ассоциируют с окаймленными ямками и опять поступают в клетку.

Многие рецепторы на поверхности клетки ассоциируют с окаймленными ямками только после связывания лиганда. Например, белок-рецептор гормона инсулина диффузно распределен по поверхности фибробластов. После того как молекулы инсулина связались с рецепторами, образовавшиеся комплексы ассоциируют с окаймленными ямками и проникают внутрь клетки. Видимо, связывание инсулина изменяет конформацию белка-рецептора таким образом, что рецептор теперь узнается каким-то белковым компонентом окаймленной ямки. В данном случае многие проникшие внутрь рецепторы инсулина деградируют в лизосомах вместе с инсулином, в результате концентрация инсулиновых рецепторов на поверхности клетки снижается. Посредством такого механизма регуляции, обеспечивающего уменьшение числа рецепторов при повышении уровня гормона, концентрация гормона во внеклеточной жидкости может регулировать концентрацию соответствующего рецептора на клеточной поверхности.

Глава 2. Эндомитоз

2.1. Понятие и анализ особенностей эндомитоза

Мегакариоциты - огромные полиплоидные костномозговые клетки, возникающие посредством эндомитоза.

Подобно клеткам-предшественникам эритроцитов и гранулоцитов, клетки-предшественники мегакариоцитов делятся только в присутствии ИЛ-3 и фактора стволовых клеток, а их последующая дифференцировка стимулируется ИЛ-6 и ИЛ-11. Кроме того, для созревания и окончательной дифференцировки мегакариоцитов необходим тромбопоэтин.

Поскольку в отличие от остальных клеток костного мозга у мегакариоцитов редупликация хромосом происходит путем эндомитоза, а не митоза, без тромбопоэтина эндомитоз и сопутствующее ему нарастание массы цитоплазмы, необходимые для выработки тромбоцитов, нарушаются.

Процесс образования тромбоцитов регулируется тромбопоэтином, рецептор которого кодируется протоонкогеном MPL.

Тромбопоэтин - гормон, ранее известный как лиганд рецептора, кодируемого протоонкогеном MPL, стимулирует созревание мегакариоцитов и образование тромбоцитов.

Тромбопоэтин секретируется постоянно в небольших количествах и связывается с циркулирующими тромбоцитами.

Уменьшение общего количества тромбоцитов повышает уровень свободного тромбопоэтина, что стимулирует выработку тромбоцитов.

Для пролиферации, созревания и окончательной дифференцировки мегакариоцитов также необходим тромбопоэтин.

В отличие от остальных клеток костного мозга у мегакариоцитов редупликация хромосом происходит путем эндомитоза, а не митоза. Без тромбопоэтина эндомитоз и сопутствующее ему нарастание массы цитоплазмы, необходимые для выработки тромбоцитов, нарушаются.

Подобно эритропоэтину, тромбопоэтин вырабатывается в почках и в печени. Чем больше в крови тромбоцитов, тем меньше активность тромбопоэтина в плазме. Вместе с тем неизвестно, является ли тромбопоэтин гормоном, либо он действует как митоген или как фактор, препятствующий апоптозу.

Подобно Г-КСФ и ГМ-КСФ, но в отличие от эритропоэтина, тромбопоэтин не только стимулирует пролиферацию клеток-мишеней, но и активирует зрелые клетки крови, в данном случае - тромбоциты.

Роль тромбопоэтина в патогенезе тромбоцитемии неизвестна.

Неизвестно также, подавляет ли избыток тромбоцитов выработку тромбопоэтина, как это происходит с эритропоэтином при эритремии.

Клинические испытания тромбопоэтина показывают, что, возможно, этот препарат сможет улучшить результаты лечения острых миелоидных лейкозов за счет уменьшения продолжительности тромбоцитопении на фоне химиотерапии.

2.2. Тромбоцитемия: этиология