Мембранный транспорт веществ может включать однонаправ­ленный перенос молекулы какого-то вещества или совместный транс­порт двух различных молекул в одном или противоположных направ­лениях.

Пассивный транспорт.  Включает простую и облегченную диф­фузию - процессы, которые не требуют затраты энергии. Механизмом Простой диффузии Осуществляется перенос мелких молекул (например, О2, Н2О, СО2); этот процесс малоспецифичен и протекает со ско­ростью, пропорциональной градиенту концентрации транспортируемых молекул по обеим сторонам мембраны. Облегченная диффузия Осущест­вляется через каналы и (или) белки-переносчики, которые обладают специфичностью в отношении транспортируемых молекул. В качестве ионных каналов выступают трансмембранные белки, образующие мел­кие водные поры, через которые по электрохимическому градиенту транспортируются мелкие водорастворимые молекулы и ионы. Белки-переносчики также являются трансмембранными белками, которые пре­терпевают обратимые изменения конформации, обеспечивающие транс­порт специфических молекул через плазмолемму. Они функционирую в механизмах как пассивного, так и активного транспорта.

Активный транспорт.  Является энергоемким процессом, благода­ря которому перенос молекул осуществляется с помощью Белков-пере­носчиков Против электрохимического градиента. Примером механизма, обеспечивающего противоположно направленный активный транспорт ионов, служит натриево-калиевый насос (представленный белком-пере­носчиком На+-К+~АТФазой), благодаря которому ионы Na+ выводятся из цитоплазмы, а ионы К+ одновременно переносятся в нее. Этот ме­ханизм обеспечивает поддержание Постоянства объема клетки (путем регуляции осмотического давления), а также Мембранного потенциала, Активный транспорт глюкозы в клетку осуществляется белком-перенос­чиком и сочетается с однонаправленным переносом иона Na+.

Облегченный транспорт ионов. Опосредуется особыми трансмем­бранными белками - Ионными каналами, обеспечивающими избиратель­ный перенос определенных ионов. Эти каналы состоят из Собственно транспортной системы и воротного механизма, Который открывает канал на некоторое время в ответ на (а) изменение мембранного потен­циала, (б) механическое воздействие (например, в волосковых клетках внутреннего уха), (в) связывание Лиганда (сигнальной молекулы или иона).

Эндоцитоз. Транспорт макромолекул в клетку осуществляется с помощью механизма Эндоцитоза (от греч. endo - внутрь и cytos -клетка). Материал, находящийся во внеклеточном пространстве, захва­тывается в области впячивания (инвагинации) плазмолеммы, края кото­рого смыкаются с формированием Эндоцитозного пузырька Или Эндо-сомы - Мелкого сферического образования, герметически окруженного мембраной (рис. 3-3 и 3-5). Далее содержимое эндосомы подвергается внутриклеточной переработке (процессингу). В частности, в эндосоме в условиях закисления среды происходит отделение лиганда от рецеп­тора (последний в дальнейшем используется повторно) - см. ниже. Раз­новидностями эндоцитоза служат Пиноцитоз и фагоцитоз.

Пиноцитоз (от греч. pinein - пить и cytos - клетка) - захват и по­глощение клеткой жидкости и (или) растворимых вешеств; подразделя­ется на Макропиноцитоз (диаметр эндосом 0.2-0.3 мкм) и Микропиноцитоз (диаметр эндосом - 70-100 нм).

Фагоцитоз (от греч, phagein - Поедать и cytos - клетка) - захват и поглощение клеткой плотных, обычно крупных (размером более 1 мкм) частиц; обычно сопровождается образованием выпячиваний ци­топлазмы - Псевдоподий, Охватывающих объект фагоцитоза и смыкаю­щихся над ним (см. рис. 3-3).

Рецепторно-опосредованный эндоцитоз. Эффективность эндоцитоза существенно увеличивается, если он опосредован мембранными Ре­цепторами, Которые связываются с молекулами поглощаемого вещества или молекулами, находящимися на поверхности фагоцитируемого объ­екта - Лигандами (от лат. ligare - связывать). В дальнейшем (после по­глощения вещества) комплекс рецеитор-лиганд расщепляется, и рецеп­торы могут вновь возвратиться в плазмолемму.

Примером рецепторно-опосредов энного взаимодействия может слу­жить фагоцитоз лейкоцитом бактерии (см. рис. 7-8). Поскольку на плаз-молемме лейкоцита имеются Рецепторы к иммуноглобулинам (антите­лам), скорость фагоцитоза резко возрастает, если поверхность бакте­рии покрыта антителами (опсонинами - От греч. opson - приправа).

Окаймленные пузырьки и ямки. Рецепторы макромолекул в плазмолемме, перемещаясь латерально по клеточной поверхности, могут, связывая свои лиганды, Накапливаться в Области формирующихся Эндо-цитозных ямок. Очень часто вокруг таких ямок и образующихся из них пузырьков со стороны цитоплазмы собирается сетевидная оболочка из белка Клатрина, Которая на срезах имеет вид щетинистой каемки (рис. 3-4), В покрытых клатриновой оболочкой (окаймленных) Ямках рецепторные белки мембраны вытесняют все остальные; таким образом ямки действуют как Приспособления для накопления и сортировки мо­лекул. Этим механизмом достигается и значительная экономия в ходе процесса эндоцитоза: для поглощения определенного количества моле­кул лиганда требуется значительно меньше пузырьков, чем было бы в случае диффузного распределения комплексов рецептор-лиганд.

Окаймленная ямка Достигает своего максимального размера (около 0.3 мкм) в течение 1 мин и превращается в Окаймленный пузырек. Его содержимое может подвергаться процессингу лишь после того, как че­рез несколько секунд он утратит клатриновую оболочку. Если она со­храняется, пузырек не способен сливаться с другими структурами (анаНарушение транспорта ЛНП Описанным механизмом при врож­денном наследственном заболевании - Семейной гиперхолестеринемии -Обусловлено отсутствием или наличием дефектных рецепторов ЛНП, неспособных связывать лиганд или накапливаться в окаймленных ям­ках. При этом поглощение клетками холестерина, поступающего с ЛНП, ослаблено, а его уровни в крови резко повышены, вызывая быс­трое развитие атеросклероза и смерть больных в молодом возрасте от ишемической болезни сердца.

Экзоцитоз (от греч. ехо - наружу и cytos - клетка) - процесс, об­ратный эндоцитозу, при котором мембранные Экзоцитозные пузырьки Приближаются к плазмолемме и сливаются с ней своей мембраной, ко­торая встраивается в плазмолемму. При этом содержимое пузырьков (продукты собственного синтеза клетки или транспортируемые ею мо­лекулы, непереваренные и вредные вещества и др.) выделяется во вне­клеточное пространство (см. рис. 3-5).

Судьба выделяемых экзоцитозом синтезированных клеткой молекул неодинакова: (1) прикрепляясь к клеточной поверхности, они могут ста­новиться Периферическими белками (например, антигенами); (2) они мо­гут войти в состав Межклеточного вещества (например, коллаген и гликозаминогликаны; (3) попадая во внеклеточную жидкость, они мо­гут выполнять роль Сигнальных молекул (гормоны, цитокины).

Трансцитоз (от лат. trans - сквозь, через и греч. cytos - клетка) процесс, характерный для некоторых типов клеток, Объединяющий при­знаки эндоцитоза и экзоцитоза. На одной поверхности клетки форми­руется Эндоцитозный пузырек, Который переносится к противополож­ной поверхности клетки и, становясь Экзоцитозным пузырьком, Выделя­ет свое содержимое во внеклеточное пространство. Процессы трансцитоза протекают очень активно в цитоплазме плоских клеток, выстилаю­щих сосуды (эндотелиоцитах), Особенно в капиллярах. В этих клетках пузырьки, сливаясь, могут образовывать временные Трансцеллюлярные каналы, Через которые транспортируются водорастворимые молекулы.

Ход образования эндоцитозных пузырьков опосредуется особыми (фузогенными - От лат. fusio - слияние) мембранными белками, которые концентрируются в участках инвагинации плазмолеммы. Эти же белки при экзоцитозе способствуют слиянию мембраны пузырька с плазмолем-мой (см. рис. 3-5). Важную роль в процессах эндоцитоза и экзоцитоза играют элементы цитоскелета, в частности, микрофиламенты и микро­трубочки (см. ниже).

Баланс процессов эндоцитоза и экзоцитоза. Эндоцитоз Вслед­ствие постоянной отпшуровки пузырьков с поверхности плазмолеммы должен приводить к уменьшению ее площади при одновременном увели­чении объема клетки. Так, например, в макрофагах за 1 ч за счет эндо­цитоза вносится до 25% объема цитоплазмы, а за 0.5 ч общая площадь поверхности эндоцитозных пузырьков составляет 100% площади плаз­молеммы. При Экзоцитозе, Напротив, постоянно происходит увеличение площади плазмолеммы вследствие встраивания в нее мембраны экзоци-тозных пузырьков. Так, в секреторной клетке ацинуса поджелудочной железы совокупная площадь мембраны секреторных гранул в 30 раз больше, чем поверхность плазмолеммы.

Вместе с тем, в действительности, активные процессы эндоцитоза и экзоцитоза не приводят к существенным изменениям площади поверх­ности плазмолеммы, так как они Уравновешиваются Формированием экзоцитозных и эндоцитозыых пузырьков, соответственно, компенсиру­ющим происходящую потерю мембраны или ее увеличение за счет про­тивоположно направленного процесса. Эти явления отражают постоян­но происходящий в клетке круговорот мембран, который получил наз­вание "мембранного конвейера".