Лекция: Как клетка использует захваченные из внешней среды питательные вещества

Есть всего два принципиально различных варианта.

1. Молекулы питательных веществ можно использовать для построения других молекул, выполняющих в жизни клетки какие-нибудь более или менее важные функции, например, различных молекул, входящих в состав клеточной мембраны. Этот вариант использования клеткой питательных веществ называется ассимиляцией.
2. Другой вариант — по сути дела сжечь их. Если поджечь, например, кусочек сахара или древесины, то он будет гореть, выделяя энергию в виде света и тепла. Похожий процесс происходит с отдельными молекулами пищи в процессе дыхания. Энергия, которая при этом выделяется, используется клеткой, например, для передвижения или для захвата новых пищевых частиц. Такой вариант использования веществ называется диссимиляцией.

Фагоцитоз («фагос» — «пожиратель», «цитос» — «клетка») — питание клетки сравнительно большими пищевыми частицами (в том числе другими клетками). Общая картина фагоцитоза показана на рис. 12. Проплывающая мимо клетки пищевая частица касается мембраны и прилипает к ней (1,2). Мембрана под ней прогибается, охватывая частицу со всех сторон (3). В результате образуется мембранный пузырек с частицей внутри -пищеварительная вакуоль (4). Она отрывается от мембраны и уплывает вглубь цитоплазмы.

Механизм образования пищеварительной вакуоли при фагоцитозе. В большинстве клеток работают два независимых механизма.

Первый из них — простое следствие механизма прилипания пищевой частицы к мембране. За счет теплового движения молекул воды и пищевая частица, и рецепторы мембраны все время слегка вибрируют. Поэтому близко расположенные, но еще не соединившиеся друг с другом рецепторы и лиганды через короткое время сталкиваются и слипаются. Получается, что мембрана все больше и больше налипает на пищевую частицу со всех сторон.

Второй механизм обеспечивается работой специальных белков, одним концом присоединяющихся к рецепторам мембраны, уже прилипшим к лигандам на пищевой частице, а другим — к расположенным под мембраной микротрубочкам. Эти белки способны двигаться по микротрубочкам вглубь цитоплазмы, «волоча за собой» рецепторы, закрепленные в мембране. В результате работы многих таких белков весь кусок мембраны, прилипший к пищевой частице, погружается внутрь клетки, «на ходу» замыкаясь в пузырек.

Итак, пищеварительная вакуоль оказывается в цитоплазме. Там она сливается с другим пузырьком (первичной лизосомой — от слов «лизис» — «растворение, расщепление» и «сома» — «тело»), отделившимся от комплекса Гольджи. Пузырек — результат этого слияния — называют вторичной лизосомой. После этого пищевая частица начинает растворяться. Минут через 20 внутри вторичной лизосомы виднеются только несколько маленьких бесформенных кусочков, почему-то «не захотевших» растворяться. Затем вторичная лизосома подплывает к мембране клетки и сливается с ней, выбрасывая из клетки наружу эти «кусочки». Другой вариант, гораздо более приемлемый для многоклеточных животных – вторичная лизосома выбрасывает непереваренные остатки в специальную вакуоль накопления на «вечное хранение».

Все эти превращения происходят благодаря деятельности специальных молекул. На следующем рисунке показаны молекулы мембраны клетки (они называются рецепторами), обеспечивающие прилипание пищевой частицы к мембране и образование пищеварительной вакуоли. Рецепторы — это молекулы мембраны клетки, которые могут узнавать другие молекулы (лиганды), и прочно к ним прилипать. Коснувшаяся мембраны частица прилипает в том случае, если на ее поверхности имеются лиганды к каким-нибудь рецепторам, имеющимся на поверхности клетки (на мембране обычно имеется около 100 различных разновидностей рецепторов, и каждый из них «узнает» определенный лиганд).

Растворение частиц пищи во вторичной лизосоме (этапы 5-7)

Пусть в данном конкретном случае клетка захватила с помощью фагоцитоза другую клетку, только маленькую. Первичная лизосома принесла из комплекса Гольджи специальные молекулы (пищеварительные ферменты), умеющие «разрезать» большие молекулы (например, полимеры) на части. Из-за этого органоиды захваченной клетки «разваливаются» на отдельные мелкие молекулы.

В мембране вторичной лизосомы имеются также белки-переносчики, которые умеют переносить эти мелкие молекулы через мембрану в цитоплазму клетки.

В мембране, кроме липидов, имеется большое количество молекул белков. Одни из них погружены в двойной слой липидов, другие прикреплены к головкам липидов и целиком находятся либо снаружи, либо внутри клетки. Наружная поверхность клеточной мембраны отличается от внутренней: здесь к головкам липидов и к белкам прикреплены короткие цепочки из остатков моносахаридов — олигосахариды. Все вместе они образуют на поверхности клетки «сахарную шубу» — гликокаликс.