Часть 3 (1129751), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Например, когда новообразованная цистерна переходитв среднее положение, оставшиеся в ней цис-Гольджи ферменты будут выделены и ретроградно транспортированы в новые цис-цистерны позади. Точно так же средние ферменты будут получены посредствомретроградного транспорта из цистерн впереди. Таким образом, цис-цистерна будет созревать по мерепродвижения наружу.13.2.11. Белки матрикса Гольджи способствуют организации стопкиУникальная архитектура аппарата Гольджи зависит как от микротрубчатогоскелета, который уже упоминался, так и от цитоплазматических белков матрикса Гольджи, образующих подпорки между соседними цистернами и придающих1316Часть IV.
Внутренняя организация клеткистопке Гольджи ее структурную целостность. Некоторые белки матрикса образуютдлинные филаментные тяжи, которые, по-видимому, не дают транспортным везикулам Гольджи уйти далеко от органеллы. Когда клетка готовится к делению,митотические протеинкиназы фосфорилируют белки матрикса Гольджи, что приводит к фрагментации аппарата Гольджи и его рассеиванию по цитозолю.
Затемфрагменты Гольджи равномерно расходятся по двум дочерним клеткам, где белкиматрикса дефосфорилируются, и аппарат Гольджи собирается заново.Удивительно, но белки матрикса Гольджи могут собираться в правильнолокализованные стопки вблизи центромеры, даже когда мембранные белки Гольджи искусственно удерживают в ЭР. Это наблюдение указывает на то, что белкиматрикса в большой степени ответственны как за структуру, так и за локализациюаппарата Гольджи в клетке.ЗаключениеПравильно свернутые и собранные в ЭР белки упаковываются в окаймленные COPII транспортные пузырьки, отшнуровывающиеся от мембраны ЭР.Вскоре после этого везикулы теряют свою оболочку и сливаются друг с другомс образованием везикулярно-тубулярных кластеров.
Затем кластеры движутсяпо микротрубочкам в аппарат Гольджи, где сливаются друг с другом с образованием цис-сети Гольджи. Любой резидентный белок ЭР, «сбежавший» из ЭР,возвращается обратно из везикулярно-тубулярных кластеров и аппаратаГольджи посредством ретроградного транспорта в COPI пузырьках.Аппарат Гольджи, в отличие от ЭР, содержит множество нуклеотидсахаров, которые используются ферментами гликозилтрансферазами для реакцийгликозилирования липидных и белковых молекул по мере их прохождения черезаппарат Гольджи. Часто маннозы на N-связанных олигосахаридах, присоединяемые к белкам в ЭР, сначала удаляются, и добавляются другие сахара.
Болеетого, аппарат Гольджи является сайтом протекания O-гликозилирования и добавления глюкозаминовых цепей к белкам сердцевины с образованием протеогликанов. Сульфатация сахаров в протеогликанах и определенных тирозиновна белках также происходит в поздних компартментах Гольджи.Аппарат Гольджи принимает множество белков и липидов из ЭР и затемотправляет их в плазматическую мембрану, лизосомы и секреторные пузырьки.Аппарат Гольджи представляет собой поляризованную органеллу, состоящуюиз одной и более стопок дисковидных цистерн. Каждая стопка организованакак набор по крайней мере трех функционально отличных друг от друга компартментов: цис-, средних и транс-цистерн. Цис- и транс-цистерны сообщаютсясо специальными станциями сортировки, носящими названия цис-сети Гольджии транс-сети Гольджи соответственно.
Белки и липиды движутся посредствомвезикулярного транспорта через стопку Гольджи в направлении от цис в транс.Это движение может объясняться везикулярным транспортом, постепеннымсозреванием цис-цистерн по мере их миграции по стопке или, что более вероятно,сочетанием этих механизмов. Предполагают, что непрерывный ретроградныйвезикулярный транспорт из более дистальных цистерн позволяет поддерживатьконцентрацию ферментов в цистернах, где они нужны.
Законченные новые белкиоказываются в транс-сети Гольджи, где происходит их упаковка в транспортныевезикулы и отправка в специфические пункты назначения в клетке.Глава 13. Внутриклеточный везикулярный транспорт 131713.3. Транспорт из транс-сети Гольджи в лизосомыТранс-сеть Гольджи сортирует всебелки, проходящие через аппарат Гольджи (кроме тех, которые удерживаются там в качестве резидентных белков)в соответствии с их конечным пунктомназначения.
Механизм сортировки оченьхорошо изучен для белков, предназначенных в люмен лизосом, и в этом разделе мы рассмотрим этот селективныйпроцесс транспорта. Мы начнем с краткого описания структуры и функцийлизосом.13.3.1. Лизосомы — это главныйсайт внутриклеточного пищеваренияЛизосомы — это окруженные мембраной замкнутые компартменты, наполненные растворимыми гидролитическимиферментами, контролирующими внутриклеточное переваривание макромолекул.Лизосомы содержат около 40 типов гидролитических ферментов, включая протеазы,нуклеазы, гликозидазы, липазы, фосфолипазы, фосфатазы и сульфатазы. Все этиферменты — кислые гидролазы.
Для оптимального функционирования они должныбыть активированы протеолитическим расщеплением, и им требуется кислая среда,которую обеспечивают лизосомы, поддерживая внутренний pH в пределах 4,5–5,0.Благодаря такому размещению клетки дважды защищены от атаки собственнойпищеварительной системы: мембрана лизосом не дает гидролитическим ферментамвыйти в цитозоль, но даже если они туда попадут, то не смогут нанести большоговреда при pH цитозоля, составляющем примерно 7,2.Как и другие внутриклеточные органеллы, лизосомы не только содержатособый набор ферментов, но и окружены уникальной мембраной. Большинствомембранных белков лизосом, например, необычно сильно гликозилированы, чтопомогает защитить их от лизосомальных протеаз люмена.
Транспортные белки в лизосомальной мембране переносят конечные продукты расщепления макромолекул,например аминокислоты, сахара и нуклеотиды, в цитозоль, где клетка может ихповторно использовать или выделить.Вакуолярная H+-АТPаза в мембране лизосом использует энергию гидролизаATP для накачки H+ в люмен, поддерживая внутри кислый pH (рис. 13.36). Лизосомальный H+-насос принадлежит семейству АТPаз V-типа и устроен так же,как АТPазы митохондрий и хлоропластов (АТPазы F-типа), которые превращаютэнергию запасенного градиента H+ в АТP (см. рис. 11.12). Однако, в отличиеотэтих ферментов, вакуолярная H+-АТPаза работает исключительно в обратномнаправлении, накачивая H+ в органеллу.
Сходные или идентичные АТPазы V-типазакисляют все эндоцитозные и экзоцитозные органеллы, включая лизосомы, эн-1318Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 13.36. Лизосомы. Кислые гидролазы – это гидролитические ферменты, активные в кислой среде. АТPаза V-типав мембране лизосомы накачивает внутрь H+, поддерживаякислый pH люмена.досомы, определенные компартменты аппаратаГольджи и транспортные и секреторные везикулы. Помимо создания среды с низким pH, подходящим для протекающих в люмене органеллыреакций, градиент H+ служит источником энергии для транспорта малых метаболитов черезмембрану органеллы.13.3.2. Лизосомы неоднородныЛизосомы обнаружили в процессе биохимического фракционирования клеточныхэкстрактов; только позднее их ясно увиделив электронный микроскоп.
Несмотря на значительные различия в форме и размерах, окрашивание их специфическими антителами показало, что все лизосомы можно отнести кчленам единого семейства органелл. Их также можно идентифицировать методамигистохимии, используя осадок, образующийся в результате воздействия кислойгидролазы на ее субстрат. Это позволяет определить, какие органеллы содержатгидролазу (рис. 13.37).
Согласно этому критерию лизосомы содержатся во всехэукариотических клетках.Неоднородность морфологии лизосом контрастирует с относительно однородной структурой большинства других клеточных органелл. Разнообразие отражает широкий спектр пищеварительных функций, которые опосредуют кислыегидролазы, включая расщепление внутри- и внеклеточных отходов, разрушение фагоцитированных микроорганизмов и производство питательных веществклетки. Однако разнообразие морфологии лизосом также отражает то, как ониформируются: поздние эндосомы содержат как вещества, полученные из плазматической мембраны, так и новосинтезированные лизосомальные гидролазыи, следовательно, уже обладают сходством с лизосомами.
Поздние эндосомысливаются с уже существующими лизосомами с образованием структур, иногданазываемых эндолизосомами, которые затем сливаются друг с другом (рис. 13.38).Когда большая часть эндоцитированных веществ внутри эндолизосомы переварилась, и остались только устойчивые или медленно расщепляемые остатки, этиорганеллы становятся «классическими» лизосомами. Они относительно плотные,круглые и маленькие, но могут вновь войти в цикл путем слияния с позднимиэндосомами или эндолизосомами. Таким образом, между поздними эндосомамии лизосомами нет принципиальных различий: они одинаковы, за исключениемтого, что находятся на разных стадиях цикла созревания. По этой причине лизосомы иногда рассматривают как неоднородный набор различных органелл, общимсвойством которых является высокое содержание гидролитических ферментов.В случае растений применить более узкое определение, чем это, еще сложнее,что мы обсудим дальше.Глава 13.
Внутриклеточный везикулярный транспорт 1319Рис. 13.37. Гистохимическая визуализация лизосом. На этих электронных микрофотографиях показаныдва участка клетки, окрашенной для локализации кислой фосфатазы, маркерного фермента лизосом.Более крупные мембранные органеллы, содержащие плотный осадок фосфата свинца, это лизосомы.Их различная морфология отражает многообразие в количествах и природе веществ, которые онипереваривают. Осадок образуется, когда клетки, фиксированные глутаральдегидом (для иммобилизации фермента), инкубируются с субстратом фосфатазы в присутствии ионов свинца.
Красные стрелкина верхнем изображении указывают на две маленькие везикулы, которые, по-видимому, транспортируюткислые гидролазы из аппарата Гольджи.13.3.3. Вакуоли растений и грибов — это удивительно многофункциональные лизосомыБольшинство клеток растений и грибов (включая дрожжи) содержат одну илинесколько очень крупных, заполненных водой везикул, называющихся вакуолями.Обычно они заполняют более 30 % объема клетки, а в некоторых типах клеток —до 90 % (рис. 13.39). Вакуоли родственны лизосомам животных клеток и содержатмножество гидролитических ферментов, но их функции удивительно разнообразны.Растительная вакуоль может служить органеллой запасания питательных веществи отходов клетки и компартментом деградации, что является экономным способомувеличения объема клетки (рис. 13.40), а также регулятором тургорного давления(осмотического давления, действующего изнутри на клеточную стенку и не даю-Рис. 13.38.
Модель созревания лизосом. Неоднородность морфологии лизосом частично отражаетразличную природу веществ, доставляемых в органеллу, а также указанные здесь различные стадиицикла созревания.1320Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 13.39. Вакуоль растительной клетки. На этой электронной микрофотографии клеток молодого листатабака видно, что цитозоль представляет собой тонкий слой, содержащий хлоропласты и прижатыйк клеточной стенке огромной вакуолью. Мембрана вакуоли называется тонопластом. (С любезногоразрешения J. Burgess.)щего клетке сжиматься). Одна и та же клетка может содержать разные вакуоли,выполняющие различные функции, например переваривание и запасание.Вакуоль играет важную роль в поддержании гомеостаза, позволяя растительнойклетке выдерживать широкий спектр изменяющихся окружающих условий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
