Часть 3 (1129751), страница 97
Текст из файла (страница 97)
(а) Рецептор KDEL, присутствующий в везикулярно-тубулярныхкластерах и аппарате Гольджи, улавливает растворимыерезидентные белки ЭР и переносит их в окаймленных COPIпузырьках обратно в ЭР. После связывания своего лигандав этом окружении рецептор KDEL может изменить конформацию и этим ускорить свою рекрутизацию в отпочковывающиеся везикулы COPI. (б) Возврат белков ЭР начинаетсяв везикулярно-тубулярных кластерах и продолжается во всехчастях аппарата Гольджи. В условиях люмена ЭР резидентные белки ЭР диссоциируют от рецептора KDEL, которыйзатем возвращается в аппарат Гольджи для повторного использования.Глава 13.
Внутриклеточный везикулярный транспорт 1303вающиеся везикулы, предназначенные для транспорта в ЭР, и возвращаются тудас меньшей скоростью. Многие ферменты Гольджи постоянно циркулируют междуЭР и Гольджи, но их скорость возврата в ЭР достаточно мала, чтобы большая частьбелка находилась в аппарате Гольджи.13.2.5. Многие белки селективно удерживаются в компартментах,в которых они функционируютВозвратный путь KDEL только частично объясняет, как резидентные белкиудерживаются в ЭР. Как и следовало ожидать, клетки, экспрессирующие генетически модифицированные резидентные белки ЭР, от которых экспериментальноотщепили последовательность KDEL, начинают эти белки секретировать. Но скорость секреции значительно ниже, чем для нормального секреторного белка.
Повидимому, механизм, не зависящий от сигналов KDEL, заякоривает резидентныебелки ЭР, и только те белки, которые избегают механизма удержания, улавливаются и доставляются обратно рецептором KDEL. Суть предложенного механизмаудержания состоит в том, что резидентные белки ЭР связываются друг с другом,образовывая комплексы, которые слишком велики для эффективного встраивания в транспортные пузырьки. Поскольку в ЭР резидентные белки присутствуютв очень высоких концентрациях (по оценкам, миллимолярных), для связываниябольшинства таких белков в комплексы будет достаточно взаимодействия дажес относительно низким сродством.Агрегация функционирующих в одном компартменте белков, носящая названиекин-узнавания (kin — родственник), является общим механизмом организации и удержания компартментом своих резидентных белков.
Например, ферменты Гольджи,функционирующие совместно, также связываются друг с другом и, следовательно,не способны входить в транспортные пузырьки, покидающие аппарат Гольджи.13.2.6. Аппарат Гольджи состоит из упорядоченного наборакомпартментовБлагодаря своим размерам и упорядоченной структуре аппарат Гольджи сталодной из первых органелл, описанных при помощи ранних световых микроскопов.Он состоит из набора уплощенных окруженных мембраной замкнутых компартментов, называющихся цистернами, которые внешне немного напоминают стопкулавашей.
Каждая стопка Гольджи обычно состоит из 4–6 цистерн (рис. 13.25),хотя у некоторых одноклеточных жгутиковых их может быть до 60. В животныхклетках трубчатые соединения между аналогичными цистернами связывают множество стопок, образуя единый комплекс, который обычно располагается вблизи ядра клетки рядом с центросомой (рис. 13.26, а). Эта локализация зависитот микротрубочек. Если микротрубочки искусственно деполимеризовать, аппаратГольджи преобразуется в отдельные стопки, распределенные по всей цитоплазмерядом с сайтами выхода из ЭР.
В некоторых клетках, включая большинство растительных клеток, содержатся сотни отдельных стопок Гольджи, распределенныхпо всей цитоплазме (рис. 13.26, б).Во время прохождения через аппарат Гольджи транспортируемые молекулыпретерпевают упорядоченную серию ковалентных модификаций. Каждая стопкаГольджи имеет две отличные друг от друга стороны: цис-сторону (или входнуюсторону) и транс-сторону (или выходную сторону). Цис- и транс-стороны тесно1304Часть IV.
Внутренняя организация клеткиРис. 13.25. Аппарат Гольджи. (а) Трехмерная реконструкция, основанная на электронных микрофотографиях аппарата Гольджи животной секреторной клетки. Цис-сторона стопки Гольджи расположена ближевсего к ЭР. (б) Электронная микрофотография тонкого среза, на которой хорошо выражена переходнаязона между ЭР и аппаратом Гольджи в животной клетке.
(в) Электронная микрофотография поперечногосреза аппарата Гольджи растительной клетки (зеленая водоросль Chlamydomonas). В растительных клеткахаппарат Гольджи обычно лучше выражен и сильнее отделен от других внутриклеточных мембран, чемв животной клетке. (Согласно A. Ramburg and Y. Clermont, Eur. J. Cell Biol. 51: 189–200, 1990. С любезногоразрешения Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft (а), Brij J. Gupta (б) и George Palade (в).)Глава 13. Внутриклеточный везикулярный транспорт 1305связаны со специальными компартментами, каждый из которых состоит из сетивзаимосвязанных трубчатых и цистернальных структур: цис-сети Гольджи (ЦСГ)и транс-сети Гольджи (ТСГ) соответственно. ЦСГ — это набор слившихсявезикулярно-тубулярных кластеров, приходящих из ЭР.
Белки и липиды входятв цис-сеть Гольджи и выходят из транс-сети Гольджи, направляясь к клеточнойповерхности или в другой компартмент. Обе сети играют важную роль в сортировкебелков: белки, входящие в ЦСГ, могут двигаться дальше по аппарату Гольджи иливернуться в ЭР. Точно так же, белки, выходящие из ТСГ, идут дальше и сортируются в соответствии с их следующим пунктом назначения, которым могут бытьлизосомы, секреторные везикулы или клеточная поверхность. Они также могутвернуться в более ранний компартмент.Как описано в главе 12, единственный вид N-связанных олигосахаридов присоединяется в ЭР единым блоком ко многим белкам и затем отщепляется, покабелок все еще находится в ЭР. Олигосахаридные интермедиаты, образующиесяв результате реакций отщепления, помогают белкам свернуться и способствуюттранспорту неправильно свернутых белков в цитозоль для деградации.
Таким образом, они играют важную роль в контроле качества белков, выходящих из ЭР.После того, как эта функция ЭР выполнена, клетка может перестроить олигосахариды для выполнения новых функций. Это происходит в аппарате Гольджи,который синтезирует неоднородные олигосахаридные структуры зрелых белков.После поступления в ЦСГ белки проходят через цис-сеть Гольджи и затем входятв первый компартмент модификации (цис-цистерны Гольджи). Затем они движутсяв следующий компартмент (средние цистерны) и наконец — в транс-цистерны, гдегликозилирование завершается.
Предполагают, что люмен транс-цистерн непрерывен с ТСГ, местом, где белки распределяются по разным транспортным наборами отправляются в свои пункты назначения.Рис. 13.26. Локализация аппарата Гольджи в животной и растительной клетках. (а) Аппарат Гольджив культуре фибробластов, окрашенный флуоресцентным антителом, узнающим резидентный белокГольджи (красный). Аппарат Гольджи поляризован и направлен в сторону, в которую ползла клеткадо фиксации. (б) Аппарат Гольджи в растительной клетке, экспрессирующей химерный белок, состоящий из резидентного фермента Гольджи и зеленого флуоресцентного белка.
Яркие оранжевые пятна(ложное окрашивание) — это стопки Гольджи. (С любезного разрешения John Henry and Mark McNiven (а)и Chris Hawes (б).)1306Часть IV. Внутренняя организация клеткиЭтапы процессинга олигосахаридов протекают в стопке Гольджи упорядоченно.В каждой цистерне содержится характерный избыток определенных модифицируемых белков. Белки модифицируются последовательно по мере прохожденияот одной цистерны в другую по стопке, образующей многоступенчатую единицупроцессинга. Может показаться, что такая компартментализация является излишней, поскольку каждый преобразующий олигосахарид фермент может принять гликопротеин в качестве субстрата только после того, как он был правильномодифицирован предыдущим ферментом.
Тем не менее очевидно, что процессингпроисходит не только в биохимической последовательности, но и в пространственной: ферменты, катализирующие ранние стадии модификации, сконцентрированыв цистернах с цис-стороны стопки Гольджи, тогда как ферменты, катализирующиеболее поздние этапы, сконцентрированы вблизи транс-стороны.Исследователи обнаружили функциональные различия между цис-, транси средними цистернами аппарата Гольджи путем локализации ферментов, участвующих в процессинге N-связанных олигосахаридов в различных участкахорганеллы, методами физического фракционирования органеллы и мечения ферментов антителами на срезах в электронном микроскопе.
Например, показано, чтоудаление остатков маннозы и добавление N-глюкозамина происходит в среднемкомпартменте, тогда как присоединение галактозы и сиаловой кислоты происходитв транс-компартменте и транс-сети Гольджи (рис. 13.27). На рис. 13.28 представлена функциональная компартментализация аппарата Гольджи.Рис. 13.27. Молекулярная компартментализация аппарата Гольджи. На наборе электронных микрофотографий аппарат Гольджи (а) не окрашен, (б) окрашен осмием, который восстанавливается, в основном,в цистернах цис-компартмента, и (в и г) окрашен для выявления локализации определенных ферментов.Нуклеозиддифосфатаза располагается в транс-цистернах Гольджи (в), а кислая фосфатаза — в транссети Гольджи (г).
Обратите внимание, что обычно окрашивается более одной цистерны. Таким образом,предполагается, что ферментов очень много, но они не точно локализованы в определенной цистерне.(С любезного разрешения Daniel S. Friend.)Глава 13. Внутриклеточный везикулярный транспорт 1307Рис. 13.28. Процессинг олигосахаридов в компартментах Гольджи. Локализация каждой стадии процессинга определена набором методов, включая биохимическое субфракционирование мембран аппаратаГольджи и электронную микроскопию после окрашивания антителами, специфичными к некоторымферментам. Ферменты процессинга не специфичны к определенной цистерне, они распределеныпо стопке: ферменты ранних стадий присутствуют в основном в цис-цистернах Гольджи, а ферментыпоздних стадий — в транс-цистернах.Аппарат Гольджи особенно выражен в клетках, специализирующихся на секреции гликопротеинов, например, в бокаловидных клетках кишечного эпителия,которые секретируют в кишечник большое количество обогащенной полисахаридами слизи (рис. 13.29).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
