Часть 3 (1129751), страница 90
Текст из файла (страница 90)
В обратном процессеэндоцитоза (рис. 13.1) клетки удаляют компоненты плазматической мембраныи транспортируют их во внутренние компартменты, называющиеся эндосомами,откуда эти компоненты возвращаются в плазматическую мембрану или доставляютсяв лизосомы для деградации. Клетки также используют эндоцитоз для захвата важных питательных веществ, например: витаминов, липидов, холестерина и железа;эти вещества переносятся в клетку вместе с макромолекулами, с которыми онисвязаны, и затем высвобождаются в эндосомах или лизосомах и транспортируютсяв цитозоль, где участвуют в различных биосинтетических процессах.Внутреннее пространство, или люмен, каждого замкнутого мембранного компартмента, принимающего участие в биосинтетическом секреторном и эндоцитозномпутях, топологически эквивалентен люмену почти всех остальных мембранныхкомпартментов и внешней среде.
Белки способны путешествовать по этому пространству, не пересекая и переходя из одного компартмента в другой в составемногочисленных замкнутых мембранных резервуаров. Некоторые из этих резервуаров представляют собой маленькие сферические пузырьки, тогда как другие —это более крупные везикулы или трубочки неправильной формы, образующиесяиз донорного компартмента.
Мы будет использовать термин транспортная везикула(или пузырек) по отношению ко всем видам этих резервуаров.В пределах эукариотической клетки транспортные везикулы непрерывно отпочковываются от одной мембраны и сливаются с другой, перенося мембранныекомпоненты и растворимые молекулы, которые называют «грузом» (рис. 13.2).Такое мембранное движение происходит по упорядоченным, направленным маршрутам, что позволяет клетке эффективно секретировать, питаться и перестраиватьплазматическую мембрану. Биосинтетический секреторный путь направлен от эндоплазматического ретикулума (ЭР) к аппарату Гольджи и поверхности клетки с ответвлением к лизосомам. Эндоцитозный путь направлен внутрь от плазматическоймембраны.
В обоих случаях поток мембран между компартментами сбалансированретроградными путями, уравновешивающими поток в обратном направлении и возвращающими определенные белки в исходный компартмент (рис. 13.3).1272Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 13.1. Экзоцитоз и эндоцитоз. (а) При экзоцитозе транспортная везикула сливается с плазматической мембраной. Ее содержимое высвобождается во внеклеточное пространство, а мембрана везикулы (красная) сливается с плазматической мембраной. (б) При эндоцитозе участок плазматическоймембраны (красный) изгибается внутрь, образуя транспортную везикулу.
Ее содержимое происходитиз внеклеточного пространства.Чтобы выполнять свою функцию, каждая везикула, отпочковавшаяся от компартмента, должна быть селективной. Она должна забирать только подходящиемолекулы и сливаться только с соответствующей мембраной-мишенью. Например,везикула, несущая груз от аппарата Гольджи в плазматическую мембрану, должнаисключить белки, функционирующие в аппарате Гольджи, и не должна сливатьсяни с одной органеллой, за исключением плазматической мембраны.Мы начнем эту главу с рассмотрения молекулярных механизмов отпочковывания и слияния, лежащих в основе везикулярного транспорта. Затем мы рассмотримфундаментальный вопрос о том, как клетка, в условиях такого транспорта, под-Рис. 13.2.
Везикулярный транспорт. Транспортные пузырьки отпочковываются от одного компартментаи сливаются с другим. При этом они переносят вещество в форме груза из люмена (пространства внутризамкнутого мембранного компартмента) и мембраны донорного компартмента в люмен и мембранукомпартмента-мишени, как показано. Обратите внимание, что процессы отпочковывания и слиянияне симметричны: для отделения везикулы необходимо слияние мембран, инициируемое на люминальной стороне мембраны, а процесс слияния требует смыкания мембран, инициируемого с цитоплазматической стороны как донорной, так и акцепторной мембран.Рис. 13.3. «Карта» биосинтетического секреторного и эндоцитозного путей.
(а) На этой диаграмме, представленной в главе 12, эндоцитозный и биосинтетический секреторный пути показаны зелеными и красными стрелками соответственно. Голубыми стрелками обозначены пути возврата, обеспечивающиеобратный поток некоторых компонентов. (б) Компартменты эукариотической клетки, участвующие в везикулярном транспорте. Люмен всех замкнутыхмембранных компартментов топологически эквивалентен внешней среде.
Все представленные на рисунке компартменты сообщаются друг с другоми внешней средой посредством транспортных везикул. В биосинтетическом секреторном пути (красные стрелки) белковые молекулы транспортируютсяиз ЭР в плазматическую мембрану или (через эндосомы) в лизосомы. В эндоцитозном пути (зеленые стрелки) молекулы поглощаются везикулами, отщепляющимися от плазматической мембраны, и доставляются в ранние эндосомы и затем (через поздние эндосомы) в лизосомы.
Многие эндоцитированныемолекулы забираются из ранних эндосом и возвращаются в плазматическую мембрану для повторного использования; точно так же молекулы из раннихи поздних эндосом могут возвращаться в аппарат Гольджи, а оттуда – в ЭР. Все пути возврата показаны голубыми стрелками, как на (а).Глава 13.
Внутриклеточный везикулярный транспорт 12731274Часть IV. Внутренняя организация клеткидерживает различия между компартментами. Наконец, в ходе рассмотрения путей,соединяющих аппарат Гольджи, лизосомы, секреторные везикулы и эндосомы, мыобсудим функции этих органелл.13.1. Молекулярные механизмы мембранного транспортаи поддержания различий между компартментамиВезикулярный транспорт опосредует непрерывный обмен компонентами междуболее чем десятью химически различными замкнутыми компартментами, которыевместе образуют биосинтетический секреторный и эндоцитозный пути. Как при таком непрерывном обмене веществами компартменты способны поддерживать своюуникальность? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала мы должны рассмотретьсвойства, определяющие характер каждого компартмента.
Прежде всего, это состав внешней мембраны: молекулярные маркеры на цитоплазматической сторонемембраны служат сигналами для входящего транспорта, обеспечивающими слияниетолько с правильным компартментом. Однако многие из этих мембранных маркеровхарактерны для нескольких компартментов, и именно специфическое сочетаниемаркерных молекул обеспечивает уникальность молекулярного «адреса».Как поддерживаются высокие концентрации этих маркеров в одном компартменте и низкие – в другом? Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть,как участки мембраны, обогащенные определенным компонентом или лишенныеего, отпочковываются от одного компартмента и переносятся в другой.
В приложении 13.1 дан краткий обзор основных биохимических подходов к изучениюмолекулярного аппарата, принимающего участие в везикулярном транспорте.Мы начнем с обсуждения того, как клетки распределяют белки по разныммембранным доменам путем сборки особого белкового слоя (каймы) на цитоплазматической стороне мембраны. Мы рассмотрим, как эти оболочки образуются,из чего они сделаны и как используются для выделения специфических компонентовиз мембраны и их транспорта в другие компартменты. Наконец, мы обсудим, кактранспортные везикулы стыкуются и сливаются с соответствующей мембраноймишенью и доставляют свой груз.13.1.1. Существует несколько типов окаймленных пузырьковБольшинство транспортных везикул образуется из специализированных окаймленных областей мембран.
Они отшнуровываются в форме окаймленных пузырьков, которые несут на цитоплазматической стороне специфический набор белков.Перед тем как слиться с мембраной-мишенью, они сбрасывают свою оболочку,что необходимо для прямого взаимодействия и слияния двух цитоплазматическихповерхностей мембран.Кайма выполняет две основные функции. Во-первых, она концентрируетспецифические мембранные белки на специализированном участке, из которогозатем образуется мембрана везикулы. Таким образом, она отбирает правильныемолекулы для транспортировки. Во-вторых, кайма придает форму образующемусяпузырьку. Белки каймы собираются в изогнутую, похожую на корзину сетку, которая деформирует участок мембраны и таким образом определяет форму пузырька.Это позволяет объяснить, почему везикулы с одним типом каймы часто имеют относительно однородную форму и размер.Глава 13.
Внутриклеточный везикулярный транспорт 1275Существует три подробно охарактеризованных типа окаймленных пузырьков,отличающихся по составу белков: окаймленные клатрином, окаймленные COPI(Coat Protein Complex I — комплекс белков окаймления I) и окаймленные COPII(рис. 13.4). На разных этапах транспорта используются разные типы везикул. Окаймленные клатрином пузырьки, например, опосредуют транспорт из аппарата Гольджии плазматической мембраны, а окаймленные COPI и COPII обычно опосредуют транспорт из ЭР и цистерн Гольджи (рис. 13.5).
Однако, разнообразных окаймленныхпузырьков, выполняющих различные функции, значительно больше, чем перечисленов этом коротком списке. Как мы обсудим ниже, существует несколько типов клатриновых пузырьков, каждый из которых специализируется на разных этапах транспорта.Окаймленные COPI и COPII пузырьки также могут быть разными.Рис. 13.4.
Электронная микрофотография пузырьков, окаймленных клатрином, COPI и СOPII. Электронные микрофотографии представлены в одном масштабе. (а) Окаймленные клатрином пузырьки. (б) Цистерны Гольджи (стрелки) в бесклеточной системе, от которых в пробирке отпочковываются окаймленныеCOPI пузырьки. (в) Окаймленные COPII пузырьки. (а и б, из L. Orci, B. Glick and J. Rothman, Cell 46: 171–184,1986. С любезного разрешения издательства Elsevier; и Charles Barlowe и Lelio Orci (в).)13.1.2. Сборка клатриновой оболочки является движущей силойформирования пузырьковКлатриновые пузырьки, первые идентифицированные окаймленные пузырьки,транспортируют вещества из плазматической мембраны и между эндосомами и аппаратом Гольджи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
