Клеточните транспортни механизми претставуваат основа за разбирање на физиолошкото функционирање на човечкиот организам. Секоја клетка, без оглед на нејзината структура, големина или функција, постојано разменува материи со својата околина. Преку клеточната мембрана се внесуваат вода, кислород, хранливи материи, јони и други молекули, а се отстрануваат јаглерод диоксид, метаболички отпадни продукти и други супстанции.
Овие процеси овозможуваат одржување на клеточната хомеостаза, создавање и пренесување на електрични сигнали, мускулна контракција, нервна спроводливост, секреција на хормони, апсорпција на хранливи материи и регулација на волуменот и хемискиот состав на телесните течности.
Разбирањето на транспортот низ клеточната мембрана е особено значајно за физиологијата на нервниот, мускулниот, дигестивниот, бубрежниот и ендокриниот систем.
1. КЛЕТОЧНА МЕМБРАНА – СТРУКТУРНА ОСНОВА НА ТРАНСПОРТОТ
Клеточната мембрана, позната и како плазматична мембрана, претставува тенка, динамична и селективно пропустлива структура која ја одделува внатрешноста на клетката од екстрацелуларната средина. Нејзината дебелина изнесува приближно 7–10 nm. Основната структура е фосфолипиден двослој во кој се вградени различни протеини, холестерол и јаглехидратни компоненти.
1.1. Фосфолипиден двослој
Фосфолипидите се амфипатични молекули, што значи дека поседуваат:
- Хидрофилен дел – поларна глава која има афинитет кон водата.
- Хидрофобен дел – две масни киселински опашки кои ја избегнуваат водата.
Фосфолипидите се организирани во два слоја. Хидрофилните глави се ориентирани кон екстрацелуларната и интрацелуларната течност, додека хидрофобните опашки се свртени една кон друга.Оваа организација создава бариера за слободното поминување на многу поларни молекули и јони.
1.2. Мембрански протеини
Мембранските протеини имаат повеќе физиолошки функции:
- Транспортни протеини – овозможуваат преминување на молекули и јони.
- Рецептори – примаат хормонални и други хемиски сигнали.
- Ензими – катализираат биохемиски реакции.
- Адхезивни протеини – овозможуваат поврзување на клетките.
- Структурни протеини – учествуваат во одржување на обликот и стабилноста на клетката.
Транспортните протеини се особено важни бидејќи многу супстанции не можат самостојно да поминат низ хидрофобната средина на липидниот двослој.
1.3. Селективна пропустливост
Клеточната мембрана не е подеднакво пропустлива за сите материи. Мали неполарни молекули, како кислородот и јаглерод диоксидот, релативно лесно минуваат низ липидниот двослој. Водата може да поминува низ мембраната, особено преку специјализирани водни канали наречени аквапорини. Од друга страна, јоните Na⁺, K⁺, Ca²⁺ и Cl⁻, како и големите поларни молекули, најчесто бараат специфични мембрански протеини.
Основна поделба на клеточните транспортни механизми:
Клеточен транспорт
Пасивен транспорт
Без директна потрошувачка на клеточна енергија; транспорт по електрохемискиот градиент.
Дифузија · Осмоза · Олеснета дифузија · Филтрација
Активен транспорт
Транспорт против електрохемискиот градиент, со енергетско поврзување.
Примарен активен · Секундарен активен транспорт
Везикуларен транспорт
Пренос на поголеми молекули и честички преку мембрански везикули.
Ендоцитоза · Пиноцитоза · Фагоцитоза · Егзоцитоза
2. ПАСИВЕН ТРАНСПОРТ
Пасивниот транспорт претставува движење на материи низ клеточната мембрана без директна потрошувачка на ATP (аденозин трифосфат). Движењето се одвива во насока на концентрациониот или електрохемискиот градиент, односно од област со повисок кон област со понизок хемиски потенцијал. Пасивниот транспорт е важен за размена на гасови во белите дробови, транспорт на хранливи материи, движење на вода, одржување на јонската рамнотежа и функционирање на бубрезите.
Главни форми на пасивен транспорт се:
- Проста дифузија.
- Олеснета дифузија.
- Осмоза.
- Филтрација.
3. ДИФУЗИЈА
3.1. Дефиниција
Дифузијата е спонтано движење на молекули или јони од област со повисока кон област со пониска концентрација, како последица на нивното постојано, случајно топлинско движење. Дифузијата продолжува сè додека не се воспостави динамичка рамнотежа. При динамичка рамнотежа, молекулите продолжуваат да се движат во двата правца, но нема нето-пренос на материја.
Пример: ако во чаша со вода се додаде капка мастило, првично бојата е концентрирана на едно место. Со текот на времето молекулите на бојата се распоредуваат низ целата вода. Овој процес е резултат на дифузија.
3.2. Фактори што влијаат врз брзината на дифузија
Брзината на дифузија зависи од повеќе фактори:
1. Концентрационен градиент
Колку е поголема разликата во концентрацијата помеѓу двете страни на мембраната, толку е поголема движечката сила за дифузија.
2. Температура
Зголемувањето на температурата го зголемува кинетичкото движење на молекулите и обично ја забрзува дифузијата.
3. Големина на молекулите
Малите молекули обично дифундираат побрзо од големите молекули.
4. Површина на мембраната
Поголемата површина овозможува поголем број молекули да поминуваат истовремено.
5. Дебелина на мембраната
Колку е мембраната потенка, толку е пократок патот на дифузија и транспортот е побрз.
6. Пропустливост на мембраната
Мембраните со поголема пропустливост за одредена супстанција овозможуваат побрз транспорт.
3.3. Фиков закон за дифузија
Дифузијата може математички да се опише со Фиковиот закон:
dQdt=−DAdCdx\frac{dQ}{dt}=-D A\frac{dC}{dx}dtdQ=−DAdxdC
Каде што:
dQ/dtdQ/dtdQ/dt – брзина на пренос на супстанцијата.
DDD – коефициент на дифузија.
AAA – површина низ која се одвива дифузијата.
dC/dxdC/dxdC/dx – концентрационен градиент.
Минусот го означува движењето во насока на намалување на концентрацијата.
Во физиологијата, овој принцип е важен за разбирање на размената на кислород и јаглерод диоксид во белите дробови и ткивата.
3.4. Проста дифузија
Простата дифузија е директно преминување на молекули низ липидниот двослој, без учество на транспортни протеини и без потрошувачка на ATP.
Преку проста дифузија најчесто поминуваат:
- Кислород (O₂).
- Јаглерод диоксид (CO₂).
- Азот.
- Липофилни молекули, вклучувајќи одредени стероидни хормони.
- Мали неполарни молекули.
Физиолошки пример: размена на гасови
Во белодробните алвеоли, кислородот дифундира од алвеоларниот воздух кон крвта бидејќи неговиот парцијален притисок е повисок во алвеолите отколку во венската крв што пристигнува во белите дробови.
Истовремено, јаглерод диоксидот дифундира од крвта кон алвеолите, од каде што се издишува.
Во периферните ткива, процесот е обратен за кислородот: тој преминува од крвта во клетките, каде што се користи во клеточното дишење.
3.5. Олеснета дифузија
Олеснетата дифузија е пасивен транспорт при кој молекулите минуваат низ мембраната со помош на специфични мембрански протеини. Овој механизам е потребен за транспорт на материи кои се премногу големи, поларни или електрично наелектризирани за самостојно да поминат низ липидниот двослој.
Постојат два главни механизми:
А. Транспорт преку канални протеини
Каналните протеини создаваат хидрофилни пори низ мембраната.
Преку нив можат да поминуваат: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻
Вода преку аквапорини.
Каналите може да бидат:
Напонски зависни – се отвораат или затвораат при промена на мембранскиот потенцијал.
Лиганд-зависни – се активираат со врзување на одредена хемиска супстанција.
Механосензитивни – реагираат на механичко истегнување или притисок.
Постојано отворени канали – овозможуваат континуирано движење на одредени јони.
Б. Транспорт преку носачи (carrier proteins)
Носачите се мембрански протеини кои се врзуваат за одредена молекула, ја менуваат својата конформација и ја пренесуваат на другата страна на мембраната.
Најзначаен пример се GLUT транспортерите за глукоза.
Глукозата е поларна молекула и не може ефикасно да поминува низ липидниот двослој. Затоа се користат специфични транспортни протеини. GLUT1 овозможува базален внес на глукоза во многу ткива, GLUT2 учествува во транспортот во црниот дроб и други органи, додека GLUT4 е особено важен во скелетните мускули и масното ткиво.
Инсулинот го стимулира преместувањето на GLUT4 од интрацелуларните везикули кон клеточната мембрана, со што се зголемува внесувањето на глукоза во клетките.
Карактеристики на олеснетата дифузија
Не троши директно ATP.
Се одвива по концентрациониот или електрохемискиот градиент.
Покажува специфичност за одредена супстанција.
Може да биде заситлива поради ограничениот број транспортни протеини.
Може да подлежи на конкуренција меѓу молекули со слична структура.
4. ОСМОЗА
4.1. Дефиниција
Осмозата е пасивно движење на водата низ селективно пропустлива мембрана од област со пониска концентрација на осмотски активни честички кон област со повисока концентрација на осмотски активни честички.
Поедноставно кажано, водата се движи кон страната каде што има поголема концентрација на растворени честички кои не можат слободно да ја преминат мембраната.
Осмозата е еден од најважните механизми за регулирање на волуменот на клетките и распределбата на водата во организмот.
4.2. Осмотски притисок
Осмотскиот притисок е притисокот што треба да се примени за да се спречи нето-движењето на водата низ полупропустлива мембрана поради осмоза.
За разредени идеални раствори се применува Вант Хофовиот закон:
π=iCRT\pi=iCRTπ=iCRT
Каде што:
π\piπ – осмотски притисок.
iii – Вант Хофов фактор.
CCC – моларна концентрација на растворената супстанција.
RRR – гасна константа.
TTT – апсолутна температура во келвини.
Колку е поголем бројот на осмотски активни честички во растворот, толку е поголем неговиот осмотски притисок.
4.3. Осмоларност и осмолалност
Осмоларноста претставува број на осмотски активни честички во еден литар раствор, изразена во mOsm/L.
Осмолалноста претставува број на осмотски активни честички во еден килограм растворувач, најчесто вода, изразена во mOsm/kg.
Во клиничката физиологија, осмолалноста на плазмата е особено значајна.
Нормалната плазматска осмолалност кај возрасни лица е приближно 275–295 mOsm/kg, со одредени лабораториски варијации.
Натриумот и неговите придружни анјони се главни детерминанти на ефективната осмолалност на екстрацелуларната течност.
4.4. Тоничност
Тоничноста ја опишува способноста на растворoт да предизвика промена на волуменот на клетката преку осмотско движење на водата.
За разлика од осмоларноста, тоничноста зависи од концентрацијата на ефективно осмотски активните честички, односно честички кои не можат слободно да ја преминат клеточната мембрана во дадените услови.
Постојат три основни типа раствори:
А. Изотоничен раствор
Изотоничен раствор има ефективна осмотска концентрација приближно еднаква на онаа во клетката.
Водата се движи во двата правца со приближно еднаква брзина, без нето-промена на клеточниот волумен.
Пример: 0,9% NaCl е приближно изотоничен со крвната плазма.
Еритроцитите ја задржуваат својата нормална биконкавна форма.
Б. Хипотоничен раствор
Хипотоничниот раствор има пониска ефективна концентрација на растворени честички од интрацелуларната течност.
Водата навлегува во клетката, што предизвикува нејзино зголемување на волуменот.
Кај еритроцитите, прекумерниот внес на вода може да доведе до хемолиза, односно пукање на клеточната мембрана и ослободување на хемоглобинот.
В. Хипертоничен раствор
Хипертоничниот раствор има повисока ефективна концентрација на растворени честички од интрацелуларната течност. Водата излегува од клетката, предизвикувајќи намалување на нејзиниот волумен. Кај еритроцитите се појавува кренација – карактеристичен збрчкан изглед на клетките.
4.5. Осмоза преку аквапорини
Аквапорините се специјализирани мембрански протеини кои овозможуваат брзо и селективно преминување на водата низ клеточната мембрана. Особено се значајни во:
- Бубрежните тубули и собирните каналчиња.
- Еритроцитите.
- Централниот нервен систем.
- Епителните клетки на различни органи.
Во бубрезите, антидиуретскиот хормон (ADH, вазопресин) го зголемува вградувањето на аквапорин-2 во апикалната мембрана на клетките во собирните каналчиња. На тој начин се зголемува реапсорпцијата на вода, се намалува волуменот на урината и се овозможува нејзино концентрирање.
4.6. Физиолошко значење на осмозата
Осмозата е неопходна за:
- Одржување на нормален клеточен волумен.
- Регулација на распределбата на водата меѓу интрацелуларниот и екстрацелуларниот простор.
- Реапсорпција на вода во бубрезите.
- Апсорпција на вода во дигестивниот тракт.
- Одржување на нормалната форма и функција на еритроцитите.
- Регулација на осмолалноста на крвната плазма.
Клинички, нарушувањата на осмотската рамнотежа може да предизвикаат клеточен едем или дехидратација, а особено се значајни за функционирањето на мозочните клетки.
5. ФИЛТРАЦИЈА
5.1. Дефиниција
Филтрацијата е процес на движење на вода и мали растворени материи низ порозна мембрана под дејство на разлика во хидростатскиот притисок. За разлика од дифузијата, која се движи според концентрациониот градиент, филтрацијата е предизвикана од разликата во притисокот. При филтрација, водата може да носи со себе мали растворени молекули, додека поголемите молекули и клетките се задржуваат во зависност од пропустливоста на мембраната.
5.2. Филтрација во капиларите
Во крвните капилари, хидростатскиот притисок на крвта ја поттикнува водата и малите растворени материи да преминуваат од капиларите кон интерстицијалниот простор. Наспроти него дејствува колоидно-осмотскиот притисок, кој главно се создава од плазматските протеини, особено албуминот, и ја задржува водата во крвните садови. Современото разбирање на Старлинговите сили ја вклучува и улогата на ендотелниот гликокаликс и субгликокаликсниот простор во регулацијата на течносната размена.
Поедноставено, движењето на течноста може да се претстави со равенката:
Jv=Kf[(Pc−Pi)−σ(πc−πi)]J_v=K_f[(P_c-P_i)-\sigma(\pi_c-\pi_i)]Jv=Kf[(Pc−Pi)−σ(πc−πi)]
Каде што:
JvJ_vJv – нето-проток на течност.
KfK_fKf – коефициент на филтрација.
PcP_cPc – хидростатски притисок во капиларот.
PiP_iPi – интерстицијален хидростатски притисок.
πc\pi_cπc – колоидно-осмотски притисок на плазмата.
πi\pi_iπi – колоидно-осмотски притисок на интерстицијалната течност.
σ\sigmaσ – коефициент на рефлексија на протеините.
5.3. Филтрација во бубрезите
Гломеруларната филтрација е основен процес во создавањето на урината. Крвта пристигнува во гломерулот преку аферентната артериола. Поради релативно високиот хидростатски притисок во гломеруларните капилари, водата и малите растворени молекули преминуваат низ филтрациската бариера во Боумановата капсула. Филтратот содржи вода, глукоза, аминокиселини, електролити, уреа и други мали молекули, додека крвните клетки и најголемиот дел од плазматските протеини се задржуваат во циркулацијата. Нормалната гломеруларна филтрација кај здрав возрасен човек е приближно 125 mL/min, односно околу 180 L дневно, со варијации зависни од возраста, полот, телесната површина и физиолошката состојба. Поголемиот дел од филтрираната вода и корисните материи повторно се реапсорбираат во бубрежните тубули.
5.4. Разлика меѓу дифузија, осмоза и филтрација
6. АКТИВЕН ТРАНСПОРТ
Активниот транспорт претставува пренос на супстанции низ клеточната мембрана против нивниот концентрационен или електрохемиски градиент, при што процесот е енергетски поврзан со хемиска енергија или со движење на друга супстанција по нејзиниот градиент. За разлика од пасивниот транспорт, активниот транспорт овозможува клетката да создава и одржува концентрациони разлики меѓу интрацелуларната и екстрацелуларната средина. Овие разлики се неопходни за нервната спроводливост, мускулната контракција, клеточниот метаболизам и транспортот на хранливи материи. Постојат два главни вида:
- Примарен активен транспорт.
- Секундарен активен транспорт.
7. ПРИМАРЕН АКТИВЕН ТРАНСПОРТ
7.1. Дефиниција
Примарниот активен транспорт е процес при кој транспортниот протеин директно ја користи енергијата од хидролизата на ATP за пренос на супстанции против нивниот електрохемиски градиент. Овие транспортни протеини се нарекуваат ATP-ази или пумпи.
7.2. Натриум-калиумова пумпа (Na⁺/K⁺-ATPаза)
Натриум-калиумовата пумпа е еден од најзначајните мембрански транспортни механизми во човечкиот организам. Се наоѓа во плазматската мембрана на речиси сите животински клетки. За секоја молекула ATP што се хидролизира, пумпата:
- Пренесува 3 Na⁺ јони од клетката кон екстрацелуларниот простор.
- Внесува 2 K⁺ јони од екстрацелуларниот простор во клетката.
Овој процес се одвива против електрохемиските градиенти на двата јона.
Механизам на дејствување
Три натриумови јони се врзуваат за пумпата од интрацелуларната страна. ATP се хидролизира и пумпата се фосфорилира. Промената на конформацијата овозможува ослободување на Na⁺ надвор од клетката. Два калиумови јони се врзуваат од екстрацелуларната страна. Дефосфорилацијата ја враќа пумпата во почетната конформација. K⁺ се ослободува во цитоплазмата.
7.3. Физиолошки функции на Na⁺/K⁺-ATPазата
1. Одржување на јонските градиенти
Интрацелуларната концентрација на K⁺ е висока, а на Na⁺ ниска, во споредба со екстрацелуларната течност.
2. Одржување на мембранскиот потенцијал
Пумпата е електрогена бидејќи изнесува три позитивни полнежи, а внесува два. Таа директно придонесува за негативноста на внатрешноста на клетката, иако најголем дел од потенцијалот на мирување се должи на селективната пропустливост на мембраната за јони, особено K⁺.
3. Регулација на клеточниот волумен
Со одржување на ниска интрацелуларна концентрација на Na⁺, пумпата го ограничува осмотскиот внес на вода и спречува прекумерно отекување на клетката.
4. Поддршка на секундарниот активен транспорт
Градиентот на Na⁺ создаден од пумпата се користи за внесување на глукоза, аминокиселини и други супстанции.
5. Нервна и мускулна функција
Пумпата ги одржува јонските градиенти неопходни за создавање и обновување на акционите потенцијали.
7.4. Калциумова пумпа (Ca²⁺-ATPаза)
Калциумовите пумпи овозможуваат активно отстранување на Ca²⁺ од цитоплазмата.
Најважни се:
PMCA – пумпа која го исфрла Ca²⁺ од клетката.
SERCA – пумпа која го внесува Ca²⁺ во саркоплазматскиот ретикулум во мускулните клетки.
Во скелетните мускули, SERCA е неопходна за релаксација. По мускулната контракција, Ca²⁺ се враќа во саркоплазматскиот ретикулум, што овозможува прекин на интеракцијата меѓу актинските и миозинските филаменти.
7.5. Протонска пумпа (H⁺/K⁺-ATPаза)
Протонската пумпа во париеталните клетки на желудникот учествува во лачењето на хлороводородна киселина. Таа разменува H⁺ и K⁺ преку апикалната мембрана на клетката. Овој механизам е фармаколошка цел на инхибиторите на протонската пумпа, како омепразол и пантопразол, кои ја намалуваат желудочната секреција на киселина.
8. СЕКУНДАРЕН АКТИВЕН ТРАНСПОРТ
8.1. Дефиниција
Секундарниот активен транспорт е механизам при кој транспортот на една супстанција против нејзиниот електрохемиски градиент е поврзан со движењето на друга супстанција по нејзиниот електрохемиски градиент. За разлика од примарниот активен транспорт, транспортниот протеин не ја хидролизира директно ATP за секој циклус на транспорт. Енергијата потекнува индиректно од градиентот на јони, најчесто Na⁺, кој претходно е создаден со дејството на Na⁺/K⁺-ATPазата.
8.2. Симпорт (котранспорт)
Симпортот претставува истовремено движење на две или повеќе супстанции во иста насока низ мембраната. Пример: натриум-глукозен котранспортер (SGLT).
Во тенкото црево, глукозата се внесува во ентероцитите преку натриум-глукозен котранспортер. Na⁺ се движи во клетката по својот електрохемиски градиент и овозможува истовремен внес на глукоза, дури и кога концентрацијата на глукоза во клетката е повисока. Потоа глукозата излегува од ентероцитот кон крвта преку GLUT транспортери, додека Na⁺ се исфрла преку Na⁺/K⁺-ATPазата. Овој механизам е основа на оралната рехидратациска терапија, при која заедничкото внесување глукоза и натриум ја подобрува апсорпцијата на вода во цревата.
8.3. Антипорт (контратранспорт)
Антипортот претставува транспорт на две супстанции во спротивни насоки преку истиот транспортен протеин. Пример: Na⁺/Ca²⁺-изменувач
Na⁺/Ca²⁺-изменувачот користи влез на Na⁺ по неговиот електрохемиски градиент за да овозможи изнесување на Ca²⁺ од клетката. Во типичниот режим, три Na⁺ јони влегуваат во клетката, додека еден Ca²⁺ јон се исфрла надвор. Овој механизам е особено важен за регулација на концентрацијата на калциум во кардиомиоцитите и другите клетки.
8.4. Разлика меѓу симпорт и антипорт
9. ВЕЗИКУЛАРЕН ТРАНСПОРТ
Везикуларниот транспорт претставува пренос на големи молекули, макромолекуларни комплекси или честички преку мембрански везикули. Овие процеси вклучуваат формирање, движење и спојување на везикули со клеточната мембрана или со интрацелуларни органели. Везикуларниот транспорт бара енергија и учество на специфични мембрански и цитоскелетни протеини.
Главни форми се:
- Ендоцитоза.
- Пиноцитоза.
- Фагоцитоза.
- Рецептор-посредувана ендоцитоза.
- Егзоцитоза.
- Трансцитоза.
10. ЕНДОЦИТОЗА
10.1. Дефиниција
Ендоцитозата е процес на внесување материи во клетката преку вовлекување на плазматичната мембрана и формирање интрацелуларни везикули. При овој процес, дел од клеточната мембрана ја обвиткува материјата што треба да се внесе, потоа се одвојува и формира везикула во цитоплазмата. Ендоцитозата е важна за внесување хранливи материи, одбрана од патогени микроорганизми, рециклирање мембрански рецептори и регулација на клеточната сигнализација.
11. ПИНОЦИТОЗА
11.1. Дефиниција
Пиноцитозата е форма на ендоцитоза при која клетката внесува екстрацелуларна течност и супстанции растворени во неа преку формирање мали мембрански везикули. Називот потекнува од грчките зборови pino – пијам и kytos – клетка, поради што пиноцитозата често се нарекува „клеточно пиење“.
11.2. Механизам
Клеточната мембрана се вовлекува кон цитоплазмата. Се формира вдлабнатина која содржи екстрацелуларна течност. Вдлабнатината се затвора и се одвојува како везикула. Везикулата навлегува во цитоплазмата. Нејзината содржина може да се пренесе до ендозоми или лизозоми за понатамошна обработка.
11.3. Физиолошко значење
Пиноцитозата учествува во:
- Внесување растворени материи.
- Обновување на клеточната мембрана.
- Транспорт на течности и молекули во ендотелните клетки.
- Пренос на одредени макромолекули.
- Клеточна сигнализација и рециклирање на рецептори.
Пиноцитозата може да биде релативно неспецифична, но постојат и селективни форми на внесување течности и растворени материи.
12. ФАГОЦИТОЗА
12.1. Дефиниција
Фагоцитозата е форма на ендоцитоза при која специјализирани клетки внесуваат големи честички, микроорганизми, клеточни остатоци и други цврсти материјали. Се нарекува и „клеточно јадење“.
12.2. Клетки што вршат фагоцитоза
Најважни фагоцитни клетки во човечкиот организам се: макрофаги, неутрофилни гранулоцити, моноцити, одредени дендритични клетки.
12.3. Фази на фагоцитозата
Прва фаза – препознавање и прилепување
Фагоцитната клетка го препознава микроорганизмот или честичката преку рецептори. Процесот може да биде олеснет со опсонизација, при што антитела или компоненти на комплементот се врзуваат за целта.
Втора фаза – опфаќање
Клетката формира цитоплазматски продолжетоци наречени псевдоподии, кои ја опфаќаат честичката.
Трета фаза – формирање фагозом
Честичката се затвора во мембранска везикула наречена фагозом.
Четврта фаза – спојување со лизозом
Фагозомот се спојува со лизозом и формира фаголизозом.
Петта фаза – дигестија
Ензимите и реактивните кислородни соединенија учествуваат во уништување и разградување на внесениот материјал.
Шеста фаза – отстранување на остатоците
Несварените материи може да бидат исфрлени од клетката или дел од нив да бидат обработени и презентирани како антигени.
12.4. Физиолошко значење
Фагоцитозата е основен механизам на вродениот имунитет. Таа овозможува: уништување бактерии и други патогени, отстранување мртви клетки, отстранување клеточни остатоци, учество во воспалителниот одговор. Презентација на антигени и поврзување на вродениот со адаптивниот имунитет.
13. РЕЦЕПТОР-ПОСРЕДУВАНА ЕНДОЦИТОЗА
Рецептор-посредуваната ендоцитоза е селективен механизам за внесување специфични молекули во клетката. Материјата најпрво се врзува за специфичен рецептор на клеточната мембрана, по што се формира мембранска вдлабнатина и везикула. Еден од најпознатите примери е внесувањето на LDL-честичките, кои го пренесуваат холестеролот во крвта.
Механизам на внесување LDL
LDL се врзува за LDL-рецепторот на клеточната мембрана. Комплексот се концентрира во специјализирани мембрански вдлабнатини. Се формира везикула обложена со клатрин. Везикулата се одвојува од мембраната и се пренесува во клетката. LDL се одвојува од рецепторот во ендозомот. Рецепторот може да се рециклира назад кон клеточната мембрана. LDL се насочува кон лизозомите, каде што се разградува и се ослободува холестеролот. Овој механизам е важен за клеточното снабдување со холестерол, кој е неопходен за синтеза на мембрани и стероидни хормони.
14. ЕГЗОЦИТОЗА
14.1. Дефиниција
Егзоцитозата е процес на ослободување материи од клетката преку спојување на интрацелуларни везикули со плазматичната мембрана. При овој процес, мембраната на везикулата се спојува со клеточната мембрана, а нејзината содржина се ослободува во екстрацелуларниот простор. Егзоцитозата е особено важна за секреција на хормони, невротрансмитери, ензими и други биолошки активни супстанции.
14.2. Механизам на егзоцитоза
Процесот опфаќа неколку последователни фази:
- Синтеза и пакување на материјата во секреторни везикули.
- Транспорт на везикулите кон плазматичната мембрана.
- Приближување и докирање на везикулите.
- Подготовка за спојување на мембраните.
- Спојување на мембраните со учество на SNARE-протеини.
- Ослободување на содржината во екстрацелуларниот простор.
- Рециклирање на мембранските компоненти.
Кај регулираната егзоцитоза, зголемувањето на интрацелуларниот Ca²⁺ често претставува непосреден сигнал за спојување на везикулите.
14.3. Видови егзоцитоза
А. Конститутивна егзоцитоза
Се одвива континуирано во многу клетки, без потреба од специфичен надворешен стимул.
Нејзини функции се:
- Обновување на плазматичната мембрана.
- Внесување мембрански протеини и липиди.
- Секреција на компоненти на екстрацелуларниот матрикс.
- Одржување на клеточната површина.
Б. Регулирана егзоцитоза
Се активира како одговор на специфичен сигнал, најчесто зголемување на интрацелуларниот Ca²⁺. Примери: Ослободување невротрансмитери во синапсите, Секреција на инсулин од β-клетките на панкреасот, Ослободување катехоламини од надбубрежната срцевина, Секреција на дигестивни ензими од панкреасот.
14.4. Егзоцитоза и нервна спроводливост
Кога акциониот потенцијал ќе пристигне до пресинаптичниот нервен завршеток, се отвораат напонски зависни Ca²⁺ канали. Калциумот навлегува во нервниот завршеток и ја активира егзоцитозата на синаптичките везикули. Невротрансмитерите се ослободуваат во синаптичката пукнатина, дифундираат до постсинаптичната мембрана и се врзуваат за специфични рецептори.
На тој начин се овозможува пренос на информацијата од еден неврон на друг или од неврон кон мускулна клетка. Овој процес е основа на функционирањето на нервниот систем.
15. ТРАНСЦИТОЗА
Трансцитозата е процес при кој материите се внесуваат во клетката од едната страна преку ендоцитоза, се пренесуваат низ цитоплазмата во везикули и се ослободуваат на спротивната страна преку егзоцитоза. Овој механизам е значаен кај епителните и ендотелните клетки. Примери:
- Транспорт на одредени протеини преку ендотелот.
- Пренос на антитела преку специјализирани епителни клетки.
- Транспорт на макромолекули низ цревниот епител.
- Пренос на материи преку крвно-мозочната бариера, во рамките на строго регулирани механизми.
- Трансцитозата овозможува пренос на материи низ клетката без тие слободно да поминуваат низ цитоплазмата.
16. ЈОНСКИ КАНАЛИ И НИВНАТА УЛОГА ВО ЕЛЕКТРИЧНАТА АКТИВНОСТ НА КЛЕТКИТЕ
Јонските канали се мембрански протеини кои овозможуваат селективно движење на јони според нивниот електрохемиски градиент. Тие се од суштинско значење за електричната активност на нервните и мускулните клетки.
16.1. Електрохемиски градиент
Движењето на јоните зависи од два фактори:
- Концентрационен градиент – разликата во концентрацијата на јонот од двете страни на мембраната.
- Електричен градиент – привлекување или одбивање на јоните од електричното поле.
Комбинацијата на овие сили се нарекува електрохемиски градиент.
16.2. Мембрански потенцијал на мирување
Мембранскиот потенцијал на мирување е разликата во електричниот потенцијал меѓу внатрешната и надворешната страна на мембраната кога клетката не генерира акционен потенцијал. Кај типичен неврон изнесува приближно −70 mV, додека кај скелетните мускулни влакна е приближно −90 mV. Овој потенцијал е резултат на:
- Нееднаква распределба на јоните.
- Селективна пропустливост на мембраната.
- Пропустливост за K⁺ преку канали за истекување.
- Активноста на Na⁺/K⁺-ATPазата.
16.3. Акционен потенцијал
Акциониот потенцијал е брза, краткотрајна промена на мембранскиот потенцијал која овозможува пренесување на електрични сигнали. Неговите основни фази се:
- Мирување.
- Деполаризација – брз влез на Na⁺ во клетката.
- Реполаризација – излез на K⁺ од клетката.
- Краткотрајна хиперполаризација кај многу клетки.
- Враќање кон потенцијалот на мирување.
- Активноста на јонските канали е непосредно одговорна за овие промени, додека Na⁺/K⁺-ATPазата долгорочно ги одржува концентрационите градиенти.
17. СПОРЕДБА НА СИТЕ ГЛАВНИ ТРАНСПОРТНИ МЕХАНИЗМИ
18.2. Мускулен систем
Во мускулните клетки транспортните механизми овозможуваат:
Внесување на Ca²⁺ во цитоплазмата за започнување на контракцијата.
Враќање на Ca²⁺ во саркоплазматскиот ретикулум за релаксација.
Одржување на јонските градиенти.
Внесување глукоза и други енергетски супстрати.
18.3. Дигестивен систем
Епителните клетки на тенкото црево користат:
Олеснета дифузија за транспорт на одредени хранливи материи.
Секундарен активен транспорт за апсорпција на глукоза и аминокиселини.
Осмоза за движење на вода.
Ендоцитоза за внесување одредени макромолекули.
18.4. Бубрежен систем
Бубрезите се органи во кои речиси сите главни транспортни механизми имаат значајна улога.
Преку филтрација, реапсорпција и секреција се регулираат:
- Водата.
- Натриумот.
- Калиумот.
- Калциумот.
- Бикарбонатите.
- Глукозата.
- Киселинско-базната рамнотежа.
18.5. Ендокрин систем
Егзоцитозата е основен механизам за ослободување на пептидните хормони, како инсулин, глукагон и хормон за раст.
Транспортните протеини и мембранските рецептори, пак, овозможуваат клетките да одговорат на хормоналните сигнали.
19. КЛИНИЧКИ ПРИМЕРИ ЗА НАРУШУВАЊЕ НА КЛЕТОЧНИОТ ТРАНСПОРТ
19.1. Цистична фиброза
Цистичната фиброза е наследно заболување поврзано со мутации во генот CFTR, кој кодира мембрански канал за хлоридни и бикарбонатни јони. Нарушената функција на CFTR доведува до промени во транспортот на јони и вода преку епителните површини, што придонесува за создавање густ секрет во дишните патишта и други органи.
19.2. Орална рехидратациска терапија
Оралната рехидратациска терапија се базира на зачуваната функција на натриум-глукозниот котранспорт во тенкото црево. Дури и при многу форми на дијареја, SGLT1 продолжува да овозможува апсорпција на Na⁺ и глукоза, а водата следи осмотски. Поради тоа, правилно формулираниот раствор за орална рехидратација помага во надоместување на изгубените вода и електролити.
19.3. Нарушување на Na⁺/K⁺-ATPазата
Инхибицијата на натриум-калиумовата пумпа предизвикува нарушување на јонските градиенти, зголемување на интрацелуларниот Na⁺ и промени во транспортот на Ca²⁺. Срцевиот гликозид дигоксин ја инхибира Na⁺/K⁺-ATPазата во кардиомиоцитите, што индиректно ја зголемува интрацелуларната концентрација на Ca²⁺ и ја засилува контрактилноста на срцето.
19.4. Церебрален едем и осмотска рамнотежа
Промените во плазматската осмолалност влијаат врз волуменот на мозочните клетки. Наглото намалување на плазматската осмолалност може да предизвика навлегување вода во клетките и церебрален едем. Од друга страна, изразената хиперосмолалност може да доведе до губење вода од мозочните клетки и нивно смалување. Ова е причина корекцијата на значајни нарушувања на натриумот да се спроведува контролирано, според клиничката состојба.
20. ЗАКЛУЧОК
Клеточниот транспорт претставува фундаментален физиолошки процес кој ја овозможува размената на материи меѓу клетката и нејзината околина. Пасивниот транспорт овозможува движење на молекули и вода според физичките градиенти, без директна потрошувачка на ATP. Активниот транспорт користи енергија за создавање и одржување на концентрациони разлики, додека везикуларниот транспорт овозможува внесување и ослободување на поголеми молекули и честички. Овие механизми не функционираат изолирано. Напротив, тие се тесно поврзани и заеднички ја одржуваат клеточната хомеостаза. Разбирањето на нивните принципи е неопходно за понатамошно изучување на физиологијата на органските системи, патофизиологијата и дејството на многу лекови.
