Tsitologia_5x

Эту лекцию мне тоже лень тщательно редактировать. Как-нибудь потом.
Самой характерной реакцией для мембран ЭПР является первичное гликозелирование. Т.е.
ковалентное связывание белковой цепи со сложным по строению олигосахаридом. Связывание
происходит котрнансляционно, т.е. вместе с трансляцией. При этом на белковую молекулу
переносится готовый блок олигосахаридов, которые связываются со спорогиновыми остатками
белковой молекулы.
Комплекс Гольджи
Открыт в 1898 году итальянским ученым Гольджи. Присутствует во всех эукариошках, за
исключением эритроцитов. Обычно элементы комплекса Гольджи располагаются около ядра
рядом с центросомой в животных клетках, а в растительных – по периферии.
Участки комплекса имеют вид сложных сетей. Ячейки этой сети могут быть связаны друг с
другом или же располагаться отдельно в виде вогнутых кого-то там, вакуолярных образований.
При этом морфология комплекса очень зависит от фазы клеточного цикла. Это динамически
сложная организованная и поляризованная система вакуолей. Комплекс Гольджи в типичном
случае – это собранные в небольшой зоне отдельные скопления, участки вакуолей, которые
называются цистернами. Стопка уплощенных цистерн – диктиосома. В диктиосоме плотно друг к
другу на расстоянии 20 – 25 нм располагаются плоские мембранные цистерны, между которыми
находятся прослойки гиалоплазмы. Каждая цистерна имеет диаметр около одного мкм и
переменную толщину. В центре цистерны мембраны более сближены (25 нм), а по краям
цистерны имеются ампулярные расширения. Ширина их не постоянна. Количество таких цистерн
в стопке варьирует от пяти до десяти штук. У одноклеточных встречается до двадцати штук.
Кроме этих структурных единиц в состав комплекса относится много мелких вакуолей,
располагающихся главным образом в периферических участках. Эти мелкие вакуоли
отшнуровываются от ампулярных окончаний и обрамляют всю диктиосому.
В диктиосоме принято различать два полюса:
1) Проксимальный или формирующийся. Цис-полюс. Располагается ближе к ядру клетки.
2) Дистальный или зрелый транс полюс.
3) Медиальная часть – серединочка.
На транс полюсе к комплексу примыкает участок, состоящий из трубчатых элементов и
массой мелких вакуолей. Это опушенные пузырьки с каким-то белком. Принимают активное
участие в экзоцитозе. Область – транссеть комплекса Гольджи. Именно в этой области происходит
разделение и сортировка секретируемых продуктов.
Ближе к плазмолемме располагается область более крупных вакуолей, которые являются
продуктом слияния более мелких вакуолей с образованием секреторных вакуолей.
В 1924 году Насоновым было выдвинуто предположение, что комплекс Г. является
органоидом, обеспечивающим разделение (сепарация) и накопление веществ в клетке.
Одна и та же клетка может участвовать в синтезе многих белков. Эта клетка изолирует их
друг от друга и направляет к клеточной поверхности. Кроме того, в комплексе Гольджи
происходит не только перекачка этих продуктов, но также и их постепенное созревание,
модификация, которая заканчивается сортировкой продуктов.
Модификация белков связана с вторичным гликозелированием, с реакцией
фосфолирирования, с образованием полисахаридов матрикса клеточной стенки, с образованием
сложных гликопротеинов, реакцией сульфатирование и реакцией отщепления олигосахаридных
последовательностей и присоединением других белков.
Буратино дрочил-дрочил, да и сгорел…
Трансцистерна с накопленными продуктами распадается и мы имеем дело с более
крупными секреторными пузырьками, но весь этот огромный массив секреторных пузырьков
можно разбить на три потока:
1) Гидролитические ферменты (гидролазы), которые направляются в компартмент лизосом.
Известно, что только белки предшественники гидролаз имеют особую маннозную группу в
своем составе. В цис-цистернах эти группы фосфолирируются. И далее, вместе с другими
белками, переносятся от цистерны к цистерне в транс участок. Мембраны транс полюса содержат
особый рецептор. Манноза-6-фосфат, который специфически узнает фосфолиророванные
маннозные группировки лизосом элементов и взаимодействует с ними. Это связывание
осуществляется при нейтральных значениях рН внутри цистерн трансполюса. На мембранах
пузырьков манноза-6-фосфатные рецепторы образуют группы, которые концентрируются в
окаймленных клатрином пузырьках. Оторвавшись от трансполюса, эти пузырьки теряют клатрин,
сливаются с эндосомами, перенося свои лизосомные ферменты (гидролазы), связанные с
мембранными рецепторами в эту вакуоль. Внутри эндосом, благодаря работе протонного
переносчика, происходит закисление среды и начиная где-то с рН = 6 лизосомные ферменты
гидролазы отсоединяются от маноза-6-фосфата активируются и начинают работать – переваривать
органику. Участки же мембран, вместе с рецепторами, возвращаются путем рециклинга обратно в
транссеть комплекса Гольджи.
2) Белки, которые накапливаются в секреторных вакуолях и выделяются из клетки только
при получении специальных сигналов. Это путь стимулируемой секреции. Считают, что та часть
белков, которая накапливается в секреторных вакуолях и выводится из клетки после поступления
сигнала либо нервного, либо гормонального, проходят такую же процедуру отбора сортировки на
рецепторах цистерн комплекса Гольджи. Эти секреторные белки попадают сначала в мелкие
вакуоли, которые тоже одеты клатрином. В секреторных вакуолях происходит агрегация
накопленных белков в виде плотных секреторных гранул. Концентрация белка при этом в
вакуолях повышается в 2000 раз по сравнению с концентрацией белка в цистернах комплекса.
Секреторные вакуоли выбрасываются из клетки путем экзоцитоза после получения клеткой
соответствующего стимула.
3) Путь конститутивной (постоянной) секреции. Клетки могут постоянно выделять белки,
которые связывают их с субстратами. Кроме того, непрерывно идет поток мембранных пузырьков
к плазмолемме, в которых находятся элементы гликокаликса и мембранных протеинов. Этот поток
не подлежит сортировке в рецепторной транссистеме комплекса Гольджи. Внешне они не
отличаются от других пузырьков. Также являются окаймленными секреторными пузырьками.
Функции комплекса Гольджи:
1) Участие в сегрегации и накопление продуктов синтезированных в ЭПР;
2) участие в химических перестройках и созревании органики. Главным образом, это перестройка
олигосахаридных компонентов гликопротеинов в составе водорастворимых секретов или в составе
мембран;
3) Это синтез полисахаридов, их взаимосвязь с белками, приводящая к образованию
мукопротеинов, гликопротеинов;
4) Выведение готовых секретов за пределы клетки;
5) Формирование лизосом.
Характеристика лизосом
Лизосомы не являются самостоятельными структурами клетки, т.к. они образуются за счет
активности ЭПР и комплекса Гольджи. И в этом отношении они очень похожи на секреторные
вакуоли. Основная их функция заключается в участии в процессах внутриклеточного
расщепления, как экзогенных, так и эндогенных макромолекул.
Открыты были французским ученым Де Дювом в 1955 году. Окружены одной
липопротеидной мембраной. Содержат кислые гидролитические ферменты (гидролазы),
расщепляющие белки, липиды и т.д. (всю органику). По специфичности делятся примерно на 40
видов, например, нуклеазы, гликозидазы, сульфидазы и т.д.
Оптимум действия гидролаз рН – 5,5 (кислая среда). Самая характерная – кислая
фосфотаза.
Протонный насос создает и поддерживает кислое значение среды. Этот насос является
АТФ-зависимым.
Было высказано предположение, что, вероятнее всего, мембраны лизосом защищены от
действия кислых гидролаз олигосахаридными участками, которые присоединяются к гидролазам в
ЭПР в результате процесса первичного гликозелирования. Эти участки либо не узнаются
гидролазами вообще, либо просто мешают гидролазами взаимодействовать с ними.
Гидролазы обладают способностью быстро активироваться:
1) Развитый рецепторный аппарат;
2) За счет микротрубочек лизосомы очень активно перемещаются в клетке;
3) Они способны к локальному разрушению мембраны при контакте с эндосомами.
Лизосомы представлены несколькими фракциями. Подразделяются на первичные, вторичные,
остаточные тельца или тело лизосомы и аутофагосомы.
Первичные лизосомы – мелкие мембранные пузырьки, около 100 нм, с бесструктурным
содержимым, содержащим набор ферментов. Их практически невозможно отличить от других
секреторных пузырьков. Часть из них имеет клатриновую оболочку. Первичные лизосомы в
дальнейшем сливаются с эндосомами, поступившими в клетку снаружи и образуют вторичную
лизосому или внутриклеточную пищеварительную вакуоль. При слиянии первичной лизосомы с
эндосомой происходит диссоциация комплексом маноза-6-фосфатного рецептора гидролаза из-за
кислой среды в лизосоме. Свободный фермент после потери фосфатной группы вступает в работу.
Расщепляет полимеры до мономеров, затем происходит транспорт в состав гиалоплазмы клетки,
где они включаются в процессы. Первичная лизосома может вновь слиться с эндосомой. Процесс
слияния и переваривания - гетерофагицескай цикл.
Однако переваривание и расщепление молекул может идти и не до конца. В этом случае, в
полостях лизосом происходит накопление непереваренных продуктов и вторичная лизосома
превращается в остаточное тельце или в тело лизосомы. Остаточные тельца уже содержат меньше
гидролаз. В них происходит уплотнение содержимого, его перестройка. Часто в остаточных
тельцах наблюдается вторичная структуризация непереваренных липидов, которые образуют
сложные слоистые структуры. Во вторичных лизосомах происходит и отложение специфических
продуктов обмена веществ и пигментов. Например, липофусцин.
Кроме гетерофагического цикла, в клетках происходит и аутофагический цикл, связанный
с перевариванием собственных структур клетки. Аутофагосомы присутствуют и в клетках
простейших, и в клетках растений, и у животных. По своей морфологии их относят к вторичным
лизосомам, но с тем отличием, что в составе этих вакуолей встречаются фрагменты или даже
целыецитоплазматические структуры, такие как митохондрии, пластиды, элементы ЭПР,
рибосомы, гранулы гликогена и другие вещества. Полагают, что процесс образование аутофагосом
связан с выстраиванием вокруг клеточного органоида первичных лизосом, затем их слияние друг с
другом. Таким образом они отделяют структуру, подлежащую перевариванию, от основной
цитоплазмы. Полагают, что аутофагосомы задействованы в процессе абоптоза
(запрограммированная гибель). Такой функции подвергаются митохондрии печени, которые
живут 9 – 10 суток. Установлено, что число лизосом увеличивается в клетке при патологии.
Даже при разрыве клетки, лизосомные гидролазы теряют свою активность и
переваривания клетки не происходит.
Ферменты несомненно участвуют в автолизе, но, скорее всего, это вторичное явление, а не
причина гибели.
Лизосомные накопления – первичная генная мутация, приводящая к потере активности
отдельных ферментов, участвующих в функционировании лизосом.
Вакуоли растительных клеток.
Молодые растительные клетки имеют несколько мелких вакуолей. Далее вакуоли
сливаются и образуют одну крупную вакуоль, которая занимает примерно 90% объема клетки,
оттесняя органоиды к периферии. Отделены вакуоли одинарной мембранной, сходной по толщине
с плазмолеммы.Тонопласт. Полость вакуоли заполнена клеточным соком, представляющим собой
водный раствор, в который входят различные неорганические соли, сахара, органические кислоты
и их соли, некоторые высоко молекулярные вещества и т.д. Центральные вакуоли растений
выполняют множество функций:
1) Поддержание тур горного внутреннего давления клеток. Тургор определяют растворенные в
клеточном соке вакуолей молекулы.
2) Вакуоли используются клетками для складирования метаболитов иди для осуществления
процесса экскреции, т.е. выделения. Через тонопласт осуществляется активный транспорт
различных молекул. Здесь находится протонная помпа, через которую, путем механизма с
импорта, происходит транспорт сахаров. Таким образом выводятся из клетки все растворимые
метаболиты, нерастворимые в воде неорганические вещества превращаются в центральной
вакуоли в растворимые глюкозиды, соединяясь с молекулами сахаров. Также происходит
отложение различных пигментов, неорганических кристаллов, солей. За счет складирования этих
соединений вакуолярной сок имеет выраженную кислую реакцию от 2 рН до 5.
3) Накопление запасных продуктов. В первую очередь это сахара и белки. Отложение белков в
живых молодых клетках редко. В основном они откладываются в семенах. Образование
алейроновых зерен связано со способностью мембран ЭПР и комплекса Гольджи сливаться с
тонопластом.
4) Гидролиз. В центральной вакуоли обнаружены гидролазы. Тонопласт может впячиваться
внутрь вакуоли, получаются складки, которые отщепляются и плывут в вакуоль. Аутофагическая
функция вакуоли это. Лизосомными свойствами обладают вакуоли дрожжей.
Отдельной структурой вакуолярной системы являются сферосомы. Они встречаются в
растительных клетках и окрашиваются липофильными красителями, имея очень высокий
коэффициент преломления. Образуются они их элементов ЭПР. Пузырек отшнуровывается. Это
Просферосома. Имеет одинарную мембрану. В ней происходит накопление масла. Она
постепенно растет, в ней происходит перестройка и в конце-концов она превращается в масляную
каплю окруженную мембраной. Но сферосомы выполняют также функцию расщепления белков. В
них находится фермент, который обеспечивается особый тип метаболизма.
Пероксисомы
Пероксисомы. Обнаружены у простейших, низших грибов, высших растений, эмбриональных
тканях, у высших позвоночных в печено и почках. Локализация – рядом с мембранами ЭПР. В
растительных клетках пероксисомы имеют теснейший контакт с митохондриями. Это органоиды,
обладающие ферментативной системой образования и утилизацией перекиси водорода,
глиоксилата и т.д. Пероксисомы регулируют окислительно-восстановительной равновесие внутри
клетки и концентрацию активных форм кислорода. Были открыты тем же Де Дювом в 1960 году.
Это небольшие вакуоли, диаметром от 0,3 до 1,5 мкм, одетые одинарной мембраной,
отграничивающей гранулярный матрикс, в центре которого располагается сердцевина. У
млекопитающих представлены пероксисомы двумя формами – универсальными мелкими и более
крупными, характерными в основном для клеток печени и почек. Мембраны пероксисом либо из
мембран гладкого ЭПР, либо из предшествующих пероксимом в процессе роста и деления,
подобно митохондриям и хлоропластам. Пероксисомы относятся к саморедуцирующимся
органеллам, хотя в них нет ни нуклеиновых кислот, ни аппарата для репликаций. В пероксисоме
происходит накопление специфических белков и липидов, которые синтезируются в цитозоле,
затем поступают в пероксисому. Происходит ее рост, а затем деление на две.
В пероксисомах обнаруживаются: оксидазы, оксидаза-d-ам.к. Эти ферменты являются
маркерами аминокислот. Это ферменты окислительного дезаминирования. При работе этих
ферментов образуется перекись водорода и каталаза, которая разрушает перекись. Каталаза
составляет примерно 40%. Де Дю, открывший пероксисомы, пришел к заключению, что эти
органоиды представляют собой реликты того времени, когда митохондрии еще не образовались.
По сути, это органоид, выполняющий функцию биологического окисления. Они находятся на
перекрестке биохимических путей, которые замыкают реакции, осуществляющиеся в разных
компартментах клетки. Осуществляя реакции, сопровождающиеся высвобождением энергии,
пероксисомы связывают окислительный метаболизм в клетке с конструктивным и генерируют
пути синтеза разнообразных соединений, например, превращение жиров в углеводы. И регуляция
окислительного-восстановительного равновесия и регуляция концентрации активных форм
кислорода, которые вызывают повреждение клетки.