Часть 3 (1129751), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Как обсуждается в главе 19, при этом процессе происходит полимеризация одной или болееглюкозаминогликановой цепи (длинного неразветвленного полимера, состоящегоиз повторяющихся дисахаридных единиц; см. рис. 19.58) через ксилозный линкерна серинах белка сердцевины. Многие протеогликаны секретируются и входят в со-Рис. 13.32. N- и O-гликозилирование. В обоих случаях показан только один остаток сахара, напрямуюприсоединенный к белковой цепи.1312Часть IV.
Внутренняя организация клеткистав внеклеточного матрикса, тогда как другие остаются заякоренными на внешнейповерхности плазматической мембраны. Еще один вид протеогликанов образуетважный компонент слизистых веществ, например, слизи, секретируемой для образования защитной оболочки на поверхности многих видов эпителия.В аппарате Гольджи сахара в составе глюкозаминогликанов сразу после синтезасильно сульфатируются, что добавляет значительную часть их характерно большого отрицательного заряда. Некоторые тирозины белков также сульфатируютсявскоре после выхода из аппарата Гольджи. В обоих случаях сульфатация зависитот донора сульфата 3´-фосфоаденозино-5´-фосфосульфата (PAPS) (рис. 13.33),который транспортируется из цитозоля в люмен транс-сети Гольджи.13.2.9. Зачем нужно гликозилирование?Между сборкой олигосахаридов и синтезом других макромолекул, таких какДНК, РНК и белки, существует важное различие.
Если нуклеиновые кислотыи белки копируются с шаблона в повторяющейся последовательности идентичныхшагов при помощи одних и тех же ферментов или наборов ферментов, то сложныеуглеводы на каждом этапе требуют разных ферментов, а каждый продукт узнается,как единственный субстрат для следующего фермента последовательности. Широкоеразнообразие гликопротеинов и сложные пути, эволюционировавшие для их синтеза,указывают на то, что олигосахариды на гликопротеинах и гликосфинголипидахвыполняют очень важные функции.Например, N-гликозилирование преобладает во всех эукариотах, включаядрожжи.
N-связанные олигосахариды также в сходных формах встречаются в белкахклеточной стенки архей, из чего можно заключить, что аппарат, необходимый для ихсинтеза, с эволюционной точки зрения появился очень давно. N-гликозилированиедвумя путями способствует сворачиванию белков. Во-первых, оно напрямую делаетинтермедиаты фолдинга более растворимыми, препятствуя таким образом их агрегации. Во-вторых, последовательные модификации N-связанных олигосахаридовсоздают «глико-код», отмечающий протекание фолдинга белков и опосредующийсвязывание белка с шаперонами (см. главу 12) и лектинами, например, при направлении транспорта из ЭР в аппарат Гольджи.
Как мы обсудим ниже, лектинытакже участвуют в сортировке белков в транс-сети Гольджи.Поскольку гибкость цепи сахаров ограничена, даже маленький N-связанныйолигосахарид, выступающий с поверхностигликопротеина (рис. 13.34), способен ограничить сближение других макромолекул с поверхностью белка. Таким образом, например,присутствие олигосахаридов делает гликопротеины более устойчивыми к перевариваниюпротеолитическими ферментами. Возможно,олигосахариды белков на поверхности клетки исходно служили предковой клетке защитной оболочкой.
По сравнению с жесткойбактериальной клеточной стенкой достоинство Рис. 13.33. Структура 3´-фосфоаденозино-5´‑фосфосульфата (PAPS).Глава 13. Внутриклеточный везикулярный транспорт 1313Рис. 13.34. Трехмерная структура небольшого N-связанного олигосахарида. Структура получена при помощи рентгеноструктурного анализа гликопротеина. Этот олигосахарид содержит всего 6 сахаров,тогда как в исходно переносимом на белок в ЭР N-связанном олигосахариде содержится 14 сахаров(см. рис. 12.50 и 12.51).
(а) Скелетная модель, демонстрирующая все атомы, кроме водородов. (б) Пространственная модель; аспарагин темнее, чем остальные атомы. (б, с любезного разрешения RichardFeldmann.)слизистой оболочки заключается в том, что она позволяет клетке менять формуи двигаться.С тех пор углеводные цепи модифицировались для выполнения и других функций. Слизистые оболочки клеток легких и кишечника, например, защищают от многихпатогенов. Узнавание углеводных цепей лектинами во внеклеточном пространствеиграет важную роль во многих процессах развития и распознавания клетками другдруга: селектины, к примеру, представляют собой лектины, функционирующиево время адгезии клеток при миграции лимфоцитов (см.
главу 19). Присутствиеолигосахаридов способно модифицировать антигенные свойства белка, что делает гликозилирование важным фактором синтеза белков для фармакологических нужд.Гликозилирование также может играть важную роль в регуляции.
Сигнализация через поверхностный рецептор клетки Notch, например, определяет судьбуклетки в развитии. Notch — это трансмембранный белок, O-гликозилированныйдобавлением одной фукозы к нескольким серинам, треонинам и гидроксилизинам.Некоторые типы клеток экспрессируют дополнительную гликозилтрансферазу,которая в аппарате Гольджи присоединяет N-ацетилглюкозамин к каждой из этихфукоз. Эта добавка изменяет специфичность рецептора Notch к активирующим егосигнальным пептидам на поверхности клетки.13.2.10. Транспорт через аппарат Гольджи может протекать посредством везикулярного транспорта или созревания цистернДо сих пор непонятно, как аппарат Гольджи приобретает и поддерживаетсвою поляризованную структуру и как молекулы мигрируют из одной цистерныв другую.
Функциональные свидетельства, полученные при помощи транспорт-1314Часть IV. Внутренняя организация клеткиных экспериментов in vitro, и обнаружение большого количества транспортныхпузырьков вблизи цистерн Гольджи исходно привели к взгляду, что эти пузырькитранспортируют белки между цистернами, отпочковываясь от одной цистерныи сливаясь со следующей. Согласно модели везикулярного транспорта аппаратГольджи представляет собой относительно стабильную структуру, его ферментыостаются на одном месте, тогда как транзитные молекулы движутся через цистерныпоследовательно в транспортных везикулах (рис. 13.35, а). Ретроградный потокпузырьков восстанавливает «сбежавшие» из ЭР и Гольджи белки и возвращаетих в предыдущие компартменты.
Направленный поток может быть достигнут, поскольку в продвигающиеся дальше везикулы обеспечивается селективный доступмолекул груза. Несмотря на то что продвигающиеся вперед и ретроградные пузырьки с большой вероятностью будут покрыты COPI, оболочки могут содержатьразличные адаптерные белки, которые обеспечивают селективность отбора молекулгруза. Альтернативная возможность — транспортные везикулы, мигрирующиемежду цистернами Гольджи, совсем не направлены и просто случайным образомтранспортируют груз туда-сюда. В этом случае направленный транспорт будет обеспечиваться непрерывным входом в цис-цистерны и выходом из транс-цистерн.Другая гипотеза, известная как модель созревания цистерн, рассматриваетаппарат Гольджи как динамическую структуру, в которой цистерны передвигаютсясами по себе.
Прибывающие из ЭР везикулярно-тубулярные кластеры сливаютсядруг с другом и становятся цис-сетью Гольджи. Согласно данной модели эта сетьзатем постепенно созревает и становится цис-цистернами, средними цистернамии так далее. Таким образом, на цис-стороне стопки Гольджи будут непрерывно образовываться новые цис-цистерны, которые затем будут мигрировать через стопкупо мере созревания (рис. 13.35, б).
В пользу этой модели говорят микроскопическиенаблюдения, показывающие, что крупные структуры, например коллагеновые тяжив фибробластах и чешуйки определенных водорослей, которые слишком велики,чтобы втиснуться в обычные транспортные пузырьки, постепенно продвигаютсячерез стопку Гольджи.В модели созревания цистерн ретроградный поток объясняет характерное распределение ферментов Гольджи. Все содержимое, включая ферменты процессинга,принадлежащие раннему аппарату Гольджи, постепенно продвигается вперед вместес созревающей цистерной.
Но отпочковывающиеся окаймленные COPI пузырькинепрерывно собирают соответствующие ферменты и возвращают их в более ранниецистерны, где они функционируют. Таким образом, новообразованная цис-цистернабудет получать свой нормальный набор резидентных ферментов преимущественноиз цистерны, следующей сразу за ней, и позднее передаст эти ферменты обратнов следующую образующуюся цис-цистерну.Как мы обсудим позднее, когда цистерна продвигается вперед, чтобы статьчастью транс-сети Гольджи, различные типы окаймленных пузырьков отпочковываются от нее до тех пор, пока эта сеть не исчезнет и следующая созревающая цистерна не займет ее место. Одновременно другие транспортные везикулы непрерывновозвращают в транс-сеть Гольджи мембрану из пост-Гольджи компартментов.Модели везикулярного транспорта и созревания цистерн не исключают другдруга. В самом деле, исследования показывают, что транспорт может протекатьпо обоим механизмам: некоторый груз быстро продвигается вперед в транспортныхвезикулах, тогда как другой груз продвигается вперед медленнее, по мере того какаппарат Гольджи непрерывно обновляется через созревание цистерн.Глава 13.
Внутриклеточный везикулярный транспорт 1315Рис. 13.35. Две возможные модели, объясняющие организацию аппарата Гольджи и транспорт белков из одной цистерны в следующую. Существует вероятность, что транспорт через аппарат Гольджив прямом направлении (красные стрелки) включает в себя элементы обеих моделей. (а) В моделивезикулярного транспорта цистерны Гольджи представляют собой статичные органеллы, содержащиехарактерный набор резидентных ферментов.
Прохождение молекул из цис в транс через Гольджи обеспечивается продвигающимися вперед транспортными пузырьками, отпочковывающимися от однойцистерны и сливающимися с другой. (б) Согласно альтернативной модели созревания цистерн каждаяцистерна Гольджи созревает по мере продвижения наружу через стопку Гольджи. На каждом этаперезидентные белки Гольджи, переносимые вперед в цистерне, возвращаются обратно в более раннийкомпартмент в окаймленных COPI пузырьках.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
