Цитоплазма
Цитоплазма, отделенная от окружающей среды плазмолеммой, включает в себя гиалоплазму, находящиеся в ней обязательные клеточные компоненты – органеллы, а также различные непостоянные структуры – включения.
Гиалоплазма
Гиалоплазма – основная плазма, или матрикс цитоплазмы, представляет собой очень важную часть клетки, ее истинную внутреннюю среду.
В электронном микроскопе матрикс цитоплазмы имеет вид гомогенного или тонкозернистого вещества с низкой электронной плотностью. Гиалоплазма является сложной коллоидной системой включающей в себя различные биополимеры: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и др. Эта система спосо6на переходить из золеобразного (жидкого) состояния в гелеобразное и обратно. В организованной, упорядоченной многокомпонентной системе гиалоплазмы отдельные зоны могут менять свое агрегатное состояние в зависимости от условий или от функциональной задачи; в бесструктурной на взгляд гиалоплазме могут возникать и распадаться различные фибриллярные, нитчатые комплексы белковых молекул. В состав гиалоплазмы входят главным образом различные глобулярные белки. Они составляют 20-25% общего содержания белков в эукариотической клетке. К важнейшим ферментам гиалоплазмы относится ферменты метаболизма сахаров, азотистых оснований, аминокислот, липидов и других важных соединений. В гиалоплазме располагаются ферменты активации аминокислот при синтезе белков, транспортные (трансфертные) РНК (тРНК). В гиалоплазме при участии рибосом и полирибосом (полисом) происходит синтез белков, необходимых для собственно клеточных нужд, для поддержания и обеспечения жизни данной клетки.
Клеточные мембраны. Структурно-химическая характеристика мембран клеток
Общей чертой всех мембран клетки является то, что они представляют собой тонкие (6-10 нм) пласты липопротеидной природы (липиды в комплексе с белками).
Основными химическими компонентами клеточных мембран являются липиды (~40%) и белки (~60%); кроме того, во многих мембранах обнаружены углеводы (5-10%).
К липидам относится большая группа органических веществ, обладающих плохой растворимостью в воде (гидрофобность) и растворимостью в органических растворителях и жирах (липофильность). Состав липидов очень разнообразен. Характерными представителями липидов, встречающихся в клеточных мембранах, являются фосфолипиды (глицерофосфатиды), сфингомиелины и из стероидных липидов – холестерин.
Особенностью липидов мембран является разделение их молекул на две функционально различные части: гидрофобные неполярные, не несущие зарядов “хвосты”, состоящие из жирных кислот, и гидрофильные, заряженные полярные “головки”. Это определяет способность липидов самопроизвольно образовывать двухслойные (билипидные) мембранные структуры толщиной 5-7 нм. Различные клеточные мембраны могут значительно отличаться друг от друга по липидному составу. Они различаются и набором белковых молекул.
Многие мембранные белки состоят из двух частей, из участков, богатых полярными (несущими заряд) аминокислотами, и участков, обогащенных неполярными аминокислотами: глицином, аланином, валином, лейцином. Такие белки в липидных слоях мембран располагаются так, что их неполярные участки как бы погружены в “жирную” часть мембраны, где находятся гидрофобные участки липидов. Полярная (гидрофильная) же часть этих белков взаимодействует с головками липидов и обращена в сторону водной фазы.
Кроме таких интегральных белков, существуют белки, частично встроенные в мембрану – полуинтегральные и примембранные, не встроенные в билипидный слой. По биологической роли белки мембран можно разделить на белки-ферменты, белки-переносчики, рецепторные и структурные белки.
Углеводы мембран входят в состав не в свободном состоянии, они связаны с молекулами липидов или белков. Такие вещества называются соответственно гликолипидами и гликопротеинами. Количество их в мембранах обычно невелико.
Как бы ни было велико различие между мембранами по количеству и составу их липидов, белков и углеводов, мембраны обладают рядом общих свойств, определяемых их основной структурой. Все мембраны являются барьерными структурами, резко ограничивающими свободную диффузию веществ между цитоплазмой и средой, с одной стороны, и между гиалоплазмой и содержимым мембранных органелл – с другой. Особенность же специфических функциональных нагрузок каждой мембраны определяется свойствами и особенностями белковых компонентов, большая часть из которых представляет собой ферменты или ферментные системы. Значительную роль в функционировании мембран играют гликолипиды и гликопротеиды.
Плазмолемма. Барьерно-рецепторная и транспортная система клетки
Плазмолемма, или внешняя клеточная мембрана, среди различных клеточных мембран занимает особое место. Это поверхностная периферическая структура, не только ограничивающая клетку снаружи, но и обеспечивающая ее непосредственную связь с внеклеточной средой, а, следовательно, и со всеми веществами и стимулами, воздействующими на клетку.
Химический состав плазмолеммы. Основу плазмолеммы составляет липопротеиновый комплекс. Она имеет толщину около 10 нм и, таким образом, является самой толстой из клеточных мембран.
Снаружи от плазмолеммы располагается надмембранный слой – гликокаликс. Толщина этого слоя около 3-4 нм, он обнаружен практически у всех животных клеток, но степень его выраженности различна. Гликокаликс представляет собой ассоциированный с плазмолеммой гликопротеиновый комплекс, в состав которого входят различные углеводы. Углеводы образуют длинные, ветвящиеся цепочки полисахаридов, связанные с белками и липидами входящими в состав плазмолеммы. При использовании специальных методов выявления полисахаридов (краситель рутениевый красный) видно, что они образуют как бы чехол поверх плазматической мембраны.
В гликокаликсе могут располагаться белки, не связанные непосредственно с билипидным слоем. Как правило, это белки-ферменты, участвующие во внеклеточном расщеплении различных веществ, таких как углеводы, белки, жиры и др.
Функции плазмолеммы. Эта мембрана выполняет ряд важнейших клеточных функций, ведущими из которых являются функция разграничения цитоплазмы с внешней средой, функции рецепции и транспорта различных веществ как внутрь клетки, так и из нее. Рецепторные функции связаны с локализацией на плазмолемме специальных структур, участвующих в специфическом “узнавании” химических и физических факторов. Клеточная поверхность обладает большим набором компонентов – рецепторов, определяющих возможность специфических реакций с различными агентами. Рецепторами на поверхности клетки могут служить гликопротеиды и гликолипиды мембран. Считается, что такие чувствительные к отдельным веществам участки могут быть разбросаны по всей поверхности клетки или собраны в небольшие зоны. Существуют рецепторы к биологически активным веществам – гормонам, медиаторам, к специфическим антигенам разных клеток или к определенным белкам.
С плазмолеммой связана локализация специфических рецепторов, отвечающих за такие важные процессы, как взаимное распознавание клеток, развитие иммунитета, рецепторов, реагирующих на физические факторы. Так, в плазмолемме светочувствительных клеток животных расположена специальная система фоторецепторных белков (родопсин), с помощью которых световой сигнал превращается в химический, что в свою очередь приводит к генерации электрического импульса.
Выполняя транспортную функцию, плазмолемма обеспечивает пассивный перенос ряда веществ, например воды, ионов, некоторых низкомолекулярных соединений. Другие вещества проникают через мембрану путем активного переноса против градиента концентрации с затратой энергии за счет расщепления АТФ. Так транспортируются многие органические молекулы (сахара, аминокислоты и др.). Эти процессы могут быть сопряжены с транспортом ионов, в них принимают участие специальные белки-переносчики.
Крупные молекулы биополимеров практически не проникают сквозь плазмолемму. В ряде случаев макромолекулы и даже их агрегаты, а часто и крупные частицы попадают внутрь клетки в результате процессов эндоцитоза. Эндоцитоз формально разделяют на фагоцитоз (захват и поглощение клеткой крупных частиц, например бактерий или даже фрагментов других клеток), и пиноцитоз (захват макромолекулярных соединений). ??Уже было??
Эндоцитоз начинается с сорбции на поверхности плазмолеммы поглощаемых веществ. Связывание их с плазмолеммой определяется наличием на ее поверхности рецепторных молекул. После сорбции веществ на поверхности плазмолемма начинает образовывать сначала небольшие впячивания внутрь клетки. Эти впячивания могут иметь вид еще незамкнутых округлых пузырьков или представлять собой глубокие инвагинации, впячивания внутрь клетки. Затем такие локальные впячивания отшнуровываются от плазмолеммы и в виде пузырьков свободно располагаются под ней.
В дальнейшем эндоцитозные пузырьки могут сливаться друг с другом, расти и в их внутренней полости, кроме поглощенных веществ, начинают обнаруживаться гидролитические ферменты (гидролазы), поступающие сюда из лизосом (см. ниже). Эти ферменты расщепляют биополимеры до мономеров, которые в результате активного транспорта через мембрану пузырька переходят в гиалоплазму. Таким образом, поглощенные молекулы внутри мембранных вакуолей, образовавшихся из элементов плазмолеммы, подвергаются внутриклеточному пищеварению.
Плазмолемма принимает участие в выведении веществ из клетки (экзоцитоз). В этом случае внутриклеточные продукты (белки, мукополисахариды, жировые капли и др.), заключенные в вакуоли или пузырьки и отграниченные от гиалоплазмы мембраной, подходят к плазмолемме. В местах контактов плазмолемма и мембрана вакуоли сливаются и содержимое вакуоли поступает в окружающую среду.
Процесс эндоцитоза и экзоцитоза осуществляется при участии связанной с плазмолеммой системы фибриллярных компонентов цитоплазмы – таких, как микротрубочки и сократимые микрофиламенты. Последние, соединяясь с определенными участками плазмолеммы, могут, изменяя свою длину, втягивать мембрану внутрь клетки, что приводит к отделению от плазмолеммы эндоцитозных вакуолей. Часто, непосредственно примыкая к ней, микрофиламенты образуют сплошной, так называемый кортикальный слой.
Плазмолемма многих клеток животных может образовывать выросты различной структуры. У ряда клеток такие выросты включают в свой состав специальные компоненты цитоплазмы (микротрубочки, фибриллы), что приводит к развитию специальных структур – ресничек, жгутиков и др.
Наиболее часто встречаются на поверхности многих животных клеток микроворсинки. Эти выросты цитоплазмы, ограниченные плазмолеммой, имеющие форму цилиндра с закругленной вершиной. Микроворсинки характерны для клеток эпителиев, но обнаруживаются и у клеток других тканей. Диаметр микроворсинок около 100 нм. Число и длина их различны у разных типов клеток. Возрастание числа микроворсинок приводит к резкому увеличению площади клеточной поверхности. Это особенно важно для клеток, участвующих во всасывании. Так, в кишечном эпителии на 1 мм2 поверхности насчитывается до 2х108 микроворсинок.
Межклеточные соединения (контакты)
Плазмолемма многоклеточных животных организмов принимает активное участие в образовании специальных структур – межклеточных соединений, обеспечивающих межклеточные взаимодействия. Различают несколько типов таких структур. Простое межклеточное соединение – сближение плазмолемм соседних клеток на расстояние 15-20 нм. При этом происходит взаимодействие слоев гликокаликса соседних клеток. Плотное соединение (запирающая зона) – зона, где слои двух плазмолемм максимально сближены, здесь происходит как бы слияние участков плазмолемм двух соседних клеток. Роль плотного замыкающего соединения заключается в механическом соединении клеток друг с другом. Эта область непроницаема для макромолекул и ионов и, следовательно, она запирает, отграничивает межклеточные щели (и вместе с ними собственно внутреннюю среду организма) от внешней среды.
Часто встречается, особенно в эпителии, особый тип соединения – пятно сцепления, или десмосома. Эта структура представляет собой небольшую площадку, иногда имеющую слоистый вид, диаметром до 0,5 мкм, где между мембранами располагается зона с высокой электронной плотностью. К плазмолемме в зоне десмосомы со стороны цитоплазмы прилегает участок электронно-плотного вещества, так что внутренний слой мембраны кажется утолщенным. Под этим утолщением находится область тонких фибрилл, которые могут быть погружены в относительно плотный матрикс. Функциональная роль десмосом заключается главным образом в механической связи между клетками.
Щелевидное соединение, или нексус, представляет собой область протяженностью 0,5-3 мкм, где плазмолеммы разделены промежутком в 2-3 нм. Со стороны цитоплазмы никаких специальных примембранных структур в данной области не обнаруживается, но в структуре плазмолемм соседних клеток друг против друга располагаются специальные белковые комплексы (коннексоны), которые образуют как бы каналы из одной клетки в другую. Этот тип соединения встречается во всех группах тканей. Функциональная роль щелевидного соединения заключается, по-видимому, в переносе ионов и мелких молекул (молекулярная масса 2х103) от клетки к клетке. Так, в сердечной мышце возбуждение, в основе которого лежит процесс изменения ионной проницаемости, передается от клетки к клетке через нексус.
Синаптические соединения, или синапсы. Этот тип соединений характерен для нервной ткани и встречается в специализированных участках контакта как между двумя нейронами, так и между нейроном и каким-либо иным элементом, входящим в состав рецептора или эффектора (например, нервно-мышечные, нервно-эпителиальные синапсы). Синапсы – участки контактов двух клеток, специализированных для односторонней передачи возбуждения или торможения от одного элемента к другому.
Органеллы цитоплазмы
Органеллы – постоянно присутствующие и обязательные для всех клеток микроструктуры, выполняющие жизненно важные функции.
Классификация органелл. Различают мембранные органеллы – митохондрии, эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, гладкую эндоплазматическую сеть (к категории мембранных органелл относится и плазмолемма); немембранные органеллы: свободные рибосомы и полисомы, микротрубочки, центриоли и филаменты (микрофиламенты, промежуточные филаменты). Во многих клетках органеллы могут принимать участие в образовании особых структур, характерных для специализированных клеток. Так, реснички и жгутики образуются за счет центриолей и плазматической мембраны, микроворсинки – это выросты плазматической мембраны с гиалоплазмой и микрофиламентами, акросома спермиев – это производное элементов аппарата Гольджи, “эллипсоид” зрительных клеток – скопления митохондрии и пр.
Мембранные органеллы
Мембранные органеллы представляют собой одиночные или связанные друг с другом отсеки цитоплазмы отграниченные мембраной от окружающей их гиалоплазмы, имеющие свое собственное содержимое, отличное по составу, свойствам и функциям от других частей клетки, т. е. это замкнутые, закрытые объемные зоны – компартменты. В гиалоплазме мембранные органеллы распределены закономерно. Эндоплазматическая сеть, различные вакуоли, возникающие из нее, составляют вакуолярную систему цитоплазмы, систему синтеза и внутриклеточного транспорта веществ. Кроме того, в ее состав входят комплекс Гольджи, лизосомы, аутолизосомы и пероксисомы. Для всех элементов вакуолярной системы характерно наличие одной ограничивающей мембраны. Митохондрии отделены от гиалоплазмы двумя мембранами (двухмембранные органеллы).
Эндоплазматическая сеть
Эндоплазаматическая сеть (эндоплазматический ретикулум) была открыта К.Р. Портером в 1945 г. Этот компонент цитоплазмы расположен близко к ядру и представляет собой совокупность вакуолей, плоских мембранных мешков, или трубчатых образований, создающих как бы мембранную сеть внутри цитоплазмы. Эндоплазматическая сеть (ЭПС) делится на две функционально различные структуры: гладкая (агранулярная) эндоплазматическая сеть и шероховатая (гранулярная) эндоплазматическая сеть.
Гранулярная эндоплазматическая сеть на ультратонких срезах представлена замкнутыми мембранами, которые образуют на сечениях уплощенные мешки, цистерны, трубочки. Ширина полостей цистерн значительно варьирует в зависимости от функциональной активности клетки. Наименьшая ширина их – около 20 нм, но они могут достигать диаметра в несколько микрометров. Отличительной чертой этих мембран является то, что они со стороны гиалоплазмы покрыты рибосомами (полисомами).
Гранулярная эндоплазматическая сеть бывает представлена редкими разрозненными цистернами или их локальными скоплениями. Первый тип гранулярной эндоплазматической сети характерен для малоспециализированных клеток или для клеток с низкой метаболической активностью. Скопления ЭПС являются принадлежностью клеток, активно синтезирующих секреторные белки. Так, в клетках печени и некоторых нервных клетках гранулярная эндоплазматическая сеть собрана в отдельные зоны. В клетках поджелудочной железы гранулярная эндоплазматическая сеть в виде плотно упакованных друг около друга мембранных цистерн занимает базальную и околоядерную зоны клетки. Рибосомы, связанные с мембранами ЭПС, участвуют в синтезе белков, выводимых из данной клетки (“экспортируемые” белки). Белки, накапливающиеся в полостях ЭПС, могут, минуя гиалоплазму, транспортироваться в вакуоли комплекса Гольджи, где они часто модифицируются и входят в состав либо лизосом, либо секреторных гранул, содержимое которых остается изолированным от гиалоплазмы мембраной. В ряде случаев внутри самих канальцев или вакуолей гранулярной эндоплазматической сети может происходить модификация белков, например связывание их с сахарами (глюкозилирование), или конденсация синтезированных белков с образованием крупных агрегатов – секреторных гранул. В гранулярной эндоплазматической сети происходит синтез мембранных интегральных белков, которые встраиваются в толщу мембраны.
Итак, роль гранулярной эндоплазматической сети заключается в синтезе на ее полисомах экспортируемых белков, в их изоляции от содержимого гиалоплазмы внутри мембранных полостей, в транспорте этих белков в другие участки клетки, в химической модификации таких белков и в их локальной конденсации, а также в синтезе структурных компонентов клеточных мембран.
Агранулярная (гладкая) эндоплазматическая сеть также представлена мембранами, образующими мелкие вакуоли и трубки, канальцы, которые могут ветвиться, сливаться друг с другом. В отличие от гранулярной эндоплазматической сети на мембранах гладкой эндоплазматической сети нет рибосом. Диаметр вакуолей и канальцев гладкой эндоплазматической сети обычно около 50-100 нм.
Гладкая эндоплазматическая сеть возникает и развивается за счет гранулярной эндоплазматической сети.
Деятельность гладкой эндоплазматической сети связана с метаболизмом липидов и некоторых внутриклеточных полисахаридов. Гладкая эндоплазматическая сеть участвует в заключительных этапах синтеза липидов. Она сильно развита в клетках, секретирующих такие категории липидов, как стероиды, например, в клетках коркового вещества надпочечников, в сустентоцитах семенников.
Тесная топографическая связь гладкой эндоплазматической сети с отложениями гликогена (запасной внутриклеточный полисахарид животных) в гиалоплазме различных клеток (клетки печени, мышечные волокна) указывает на ее возможное участие в метаболизме углеводов.
В поперечно-полосатых мышечных волокнах гладкая эндоплазматическая сеть способна депонировать ионы кальция, необходимые для функции мышечной ткани.
Таким образом, гладкая ЭПС – это главная клеточная органелла, где происходит биосинтез липидов и накопление кальция. В гладкой эндоплазматической сети также образуются детоксицирующие ферменты семейства Р450. Синтез и разрушение этих ферментов происходят быстро и зависят от внешних сигналов. Очень важна роль гладкой эндоплазматической сети в дезактивации различных вредных для организма веществ за счет их окисления с помощью ряда специальных ферментов. Особенно четко она проявляется в клетках печени. Так, при ряде отравлений в клетках печени появляются ацидофильные зоны (не содержащие РНК), сплошь занятые гладким эндоплазматическим ретикулумом.
Полость эндоплазматической сети
Физико-химическая среда
В полости ЭПС поддерживается среда, в которой проходит посттрансляционная модификация белка, в частности, гликозилирование, формирование дисульфидных мостиков, сворачивание полипептида и сборка субъединиц. При нарушении этих процессов белок не выходит из полости эндоплазматической сети.
Для формирования дисульфидных мостиков белки должны находиться в окислительной среде. Окислительно-восстановительный или редокс-потенциал, измеренный в полости ЭПС, сдвинут в кислую сторону. Например, отношение глутатиона (GSH) к окисленному глутатиону (GSSG) – около 1-3 : 1, в то время как в цитозоле это соотношение приближается к 30-100 : 1. Таким образом, полость обеспечивает среду, способствующую образованию дисульфидных мостиков.
Компоненты, необходимые для правильной укладки белка, определяли с использованием изолированных пузырьков ЭПС. Исследования показали, что для формирования функциональных молекул в пузырьках ЭПС необходима энергия АТР. Существует несколько этапов этого процесса, на которых могут происходить энергетические затраты. Например, АТР требуется для высвобождения шаперона hsp60 в матриксе митохондрии. Так что вполне вероятно, что для высвобождения шаперонов в ЭПС также необходима энергия (табл. 3-9 и 3-10).
Компоненты полости ЭПС
В полости ЭПС содержатся следующие компоненты.
-
Протеиндисульфидизомераза (PDI).
Этот белок содержит два тиоредоксиновых восстанавливающих серу домена. Его концентрация наиболее высока в полости ЭПС тех клеток, которые продуцируют секреторные или мембранные белки с дисульфидными связями. Поскольку синтезирующаяся белковая цепь проходит через мембрану ЭПС и входит в ее полость, где созданы условия, благоприятные для образования дисульфидных мостиков, любые два цистеиновых остатка могут образовать дисульфидиую связь. Эти связи не всегда приводят к образованию правильной трехмерной структуры белка.
Предполагается, что PDI связывается с удлиняющимся полипептидом и препятствует образованию неправильных дисульфидных связей. Точно не известно, каким образом PDI обеспечивает правильное формирование дисульфидных мостиков. Предполагается, что PDI образует дисульфидную связь с цистеином синтезирующегося белка, но эта связь менее стабильна, чем связь, формируемая двумя цистеиновыми остатками белка. Таким образом, дисульфидизомераза временно связывается с новым полипептидом, который сворачивается под действием других сил (гидрофобные взаимодействия, водородные связи, ионные взаимодействия с водным растворителем в ЭПС). При достижении правильной трехмерной структуры два цистеиновых остатка белка сближаются (вследствие других взаимодействий), а связывание дисульфидизомеразы с белком ослабляется, что приводит к формированию правильной дисульфидной связи.
-
Кальций. Концентрация Са2+ в полости ЭР относительно высока (около 5 ммоль). ЭР является важнейшим Са2+ депо клетки. Дисульфидизомераза и другие виутриполостиые ферменты связывают кальций с высоким сродством и в больших количествах.
-
Шапероны ЭПС. К шапероиам относятся белки семейств hsp70 и hsp90, связывающий белок (BiP), Grp-94 и пептидилиропилизомераза. Есть доказательства того, что шапероны предотвращают случайное свертывание и агрегацию промежуточных продуктов, обеспечивая тем самым более эффективный процесс формирования белка. Белки, которые не свертываются должным образом или приобретают иативную структуру с задержкой, остаются связанными с шаперонами в течение длительного времени. Предполагается, что подобное пролонгированное присутствие белков в полости ЭПС является важным сигналом для их последующего разрушения с помощью имеющихся в этой органелле протеаз.
-
Кальнексин. Кальнексин – это белок с молекулярной массой 88 кДа, находящийся в ЭПС. Этот белок не относится ни к hsp60, ни к hsp70, ни к hsp90 семействам. В отличие от других компонентов ЭПС, кальнексин является интегральным ЭПС-белком, каталитический домен которого обращен в полость эндоплазматической сети. Одна из его функций состоит в связывании неправильно свернутых белков и сохранении их в ЭПС. Таким образом, кальнексин функционирует как контролер качества, который предотвращает высвобождение неправильно свернутых белков.
-
Кальретикулин. Эта молекула, массой 46 кДа, была впервые идентифицирована как Са2+-связывающий белок в саркоплазматическом ретикулуме мышечных клеток. Кальретикулин, присутствующий в полости ЭПС повсеместно, содержит два Са2+-связывающих домена.
-
Высокоаффинный домен кальретикулина может связывать кальций даже при очень низких концентрациях.
-
Домен с высокой емкостью, связывающий несколько молекул кальция одновременно.
Кальретикулин содержит сигналы задержки в ЭПС, что еще раз подтверждает ключевую метаболическую роль этого белка в данном клеточном компартменте. Было также показано, что кальретикулин содержит ядерную сигнальную последовательность и регулирует связывание стероидного рецептора с участком ДНК. Это наблюдение указывает на то, что кальретикулин должен выходить из ЭПС в цитоплазму. Как именно это происходит, неизвестно. Интересен тот факт, что кальретикулин выполняет много других функций. Например, оказалось, что он действует как интегринсвязывающий белок, плазматический антикоагулянт, как молекула памяти (молекула, участвующая в долговременном потенциировании) у морских улиток Aplysia. Вполне вероятно, что будут открыты и другие функции кальретикулина по мере дальнейшего изучения биологической активности этого белка.
Задержка белков в ЭПС
Выход веществ из эндоплазматической сети происходит путем формирования транспортных пузырьков, которые обладают специфической протеиновой оболочкой. Таким образом, растворимые белки, поступающие в полость ЭПС, доставляются к другим клеточным органеллам с помощью пузырьков, которые отпочковываются от мембраны ЭПС. Некоторые белки, необходимые для конформации белка и ядерного гликозилирования, остаются в ЭПС.
Задержка белков в эндоплазматической сети осуществляется различными механизмами (рис. 3-12). Оказалось, что определенные белки удаляются из транспортных пузырьков, поскольку имеют характерную форму или неправильно свертываются и остаются связанными с белками ЭПС, такими как BiP или шапероны. Позже такие белки разрушаются в полости эндоплазматической сети.
Кроме того, белки, которые остаются в мембране ЭПС, содержат специфические аминокислотные последовательности, называемые последовательностями задержки.
Несовершенство системы задержки в ЭПС приводит к тому, что некоторые важные внутриполостные белки случайно переносятся из нее в следующий компартмент, комплекс Гольджи. Важные для ЭПС белки содержат последовательность возврата-задержки, которая состоит из четырех аминокислот (KDEL), локализованных вблизи С-конца. Белки, содержащие последовательность KDEL, медленнее двигаются к транспортным пузырькам, из чего можно предположить, что в задержке белков участвует механизм исключения из пузырьков. Данные экспериментов in vitro свидетельствуют, что связывание KDEL лиганда с возвращающими рецепторами зависит от рН среды. Максимум связывания наблюдается между рН 5 и рН 6; такой интервал рН и существует в комплексе Гольджи (рис. 3-12).
Белки ЭПС, которые содержат KDEL и случайно транспортируются в комплекс Гольджи, связываются там с возвращающим рецептором, расположенным в месте поглощения пузырьков, и затем перемещаются обратно в эндоплазматическую сеть. Такие пузырьки называются ретроградными. В ЭПС рН близок к нейтральному, и белки с KDEL быстро отщепляются от рецептора при возвращении в среду эндоплазматической сети.
Важно подчеркнуть, что ретроградные пузырьки могут формироваться в любом отделе комплекса Гольджи, а не только в тех стопках Гольджи, которые расположены ближе к мембране ЭПС.
Достарыңызбен бөлісу: |