гликопротеина. Образовавшиеся
комплексы, по-видимому, индуцируют
сборку окаймляющих
белков на цитоплазматической
поверхности мембраны
транс-Гольджи сети и затем переносятся
в эндосомы в составе
окаймленных
пузырьков . По мере дифференцировки
эндосомы в лизосому , pH
внутри компартмента падает,
и это приводит к диссоциации комплекса
лизосомного белка с маннозо-6-фосфатным
рецептором, который затем
возвращается в транс-Гольджи
сеть , по-видимому, также
посредством
окаймленных пузырьков (см. рис 8-76 )
Транспорт
мембранный: теория мембранного потока
Мембранный транспорт, или мембранный
поток ("membrane flow"),
является необходимым для обмена
веществ между различными клеточными
органеллами. В настоящее время
для описания этого процесса принята
следующая модель:
1) Внутриклеточный транспорт
является направленным; транспорт
от
эндоплазматического ретикулума
через аппарат Гольджи к лизосомам,
эндосомам или клеточной поверхности
называется антероградным ;
транспорт в обратном направлении
- ретроградным .
2) Транспортный путь проходит
через ряд отдельных компартментов,
перенос вещества между которыми
осуществляется преимущественно с
помощью окаймленных
мембранных пузырьков . В клетке существует
несколько типов окаймляющих
белков и, соответственно,
несколько типов
окаймленных
пузырьков , курсирующих между
определенными компартментами.
3) Не все органеллы способны
к прямому обмену пузырьками,
например, транспорт между эндоплазматическим
ретикулумом и эндосомами ,
лизосомами и плазматической
мембраной может быть осуществлен
только
через аппарат
Гольджи .
4) Процесс, в результате
которого нужные вещества направляются
в
соответствующие компартменты,
называют сортингом ("sorting").
Аппарат
Гольджи и механизм передачи сигнала
Обратные
ссылки
Открытия, говорящие о том, что коатомер и Cdc42 взаимодействуют в , PI(3)-киназу , еNOS иCdc42 [ Stow,
Heimann, 1998 ; Godi
ea., 1999 ; Sowa ea., 1999 , Wu ea.,
2000 ].
Мембраны Гольджи взаимодействуют
также со множеством двигательных
белков и белков , включая , спектрин , а также анкирин , облегчающий пространственное
управление Гольджи мембранным транспортом,
а также, вероятно, способный координировать
сигнальные механизмы [De Matteis,
Morrow, 1998 ].
Каким образом могла бы быть
организована и регулируема такая база?
В течение нескольких лет было известно,
что мембранный
скелет , чьи компоненты включают
актинсвязывающие белки спектрин и анкирин,
ассоциирован с цитоплазматической поверхностью
Гольджи. Структура этих "лесов" в
совокупности с другими ассоциированными
с Гольджи периферическими белками (включая
многие из вышеупомянутых сигнальных
молекул) сильно нарушается при обработкеBFA . Это позволяет предположить,
что их ассоциация с Гольджи либо непосредственно
зависит от ARF1-ГТФ, либо находится в зависимости
от комплексов, чья сборка инициируется
активностьюARF-1 . Недавно было показано, что
активность ARF1 вызывает возрастание уровня
содержанияPIP2 в Гольджи посредством встраивания PI4K бета в мембраны
Гольджи [ Godi
ea., 1999 ]. Поскольку генерирование
PIP2 приводит к сборке актина и спектрина на мембране Гольджи [ De Matteis, Morrow, 1998 ], другие белки могут ассоциироваться
и стабилизироваться в этой области, вероятно,
ввиду возрастания эффективности сообщения
между другими сигнальными молекулами
и микротрубочками (см. Рис 2 ).
Таким образом, произведенный
с помощью ARF1 PIP2 мог бы исполнять множество
сходных сигнальных функций посредством
встраивания молекул в мембрану, модулирования
активности регуляторных молекул ARF, а
также в качестве кофактора PLD [ Godi ea., 1999 ].
Усилия исследователей в области
мембранного транспорта, цитоскелета
и преобразования сигнала необходимо
объединить для детальной разработки
роли регуляторных молекул и Cdc42 и COPI, в
процессах сортировки и сигнального механизма
комплекса Гольджи.
Модификация белков
в аппарате Гольджи[править | править вики-текст]
В цистернах аппарата
Гольджи созревают белки предназначенные для секреции, трансмембранные
белки плазматической мембраны, белки лизосом и т. д. Созревающие белки
последовательно перемещаются по цистернам
в органеллы, в которых происходят их модификации — гликозилирование и фосфорилирование. При О-гликозилировании
к белкам присоединяются сложные сахара через атом кислорода. При фосфорилировании
происходит присоединение к белкам остатка ортофосфорной кислоты
.
Разные цистерны аппарата Гольджи
содержат разные резидентные каталитические ферменты и, следовательно, с
созревающими белками в них последовательно
происходят разные процессы. Понятно,
что такой ступенчатый процесс должен
как-то контролироваться. Действительно,
созревающие белки «маркируются» специальными
полисахаридными остатками (преимущественно маннозными), по-видимому, играющими
роль своеобразного «знака качества».
Не до конца понятно, каким образом
созревающие белки перемещаются по цистернам
аппарата Гольджи, в то время как резидентные
белки остаются в большей или меньшей
степени ассоциированы с одной цистерной.
Существуют две взаимонеисключающие гипотезы,
объясняющие этот механизм:
согласно первой, транспорт
белков осуществляется при помощи таких
же механизмов везикулярного транспорта, как и путь транспорта из ЭПР, причём резидентные белки не включаются в отпочковывающуюся везикулу;
согласно второй, происходит
непрерывное передвижение (созревание)
самих цистерн, их сборка из пузырьков
с одного конца и разборка с другого конца
органеллы, а резидентные белки перемещаются
ретроградно (в обратном направлении)
при помощи везикулярного транспорта.
Транспорт веществ
из эндоплазматической сети[править | править вики-текст]
Аппарат Гольджи асимметричен —
цистерны, располагающиеся ближе к ядру
клетки (цис-Гольджи)
содержат наименее зрелые белки, к этим
цистернам непрерывно присоединяются
мембранные пузырьки — везикулы, отпочковывающиеся
от гранулярного эндоплазматического
ретикулума (ЭПР), на мембранах которого
и происходит синтез белков рибосомами. Перемещение белков
из эндоплазматической сети (ЭПС) в аппарат
Гольджи происходит неизбирательно, однако
не полностью или неправильно свернутые
белки остаются при этом в ЭПС. Возвращение
белков из аппарата Гольджи в ЭПС требует
наличия специфической сигнальной последовательности
(лизин-аспарагин-глутамин-лейцин) и происходит благодаря
связыванию этих белков с мембранными
рецепторами в цис-Гольджи.
Транспорт белков
из аппарата Гольджи[править | править вики-текст]
В конце концов от транс-Гольджи отпочковываются
пузырьки, содержащие полностью зрелые
белки. Главная функция аппарата Гольджи —
сортировка проходящих через него белков.
В аппарате Гольджи происходит формирование
«трехнаправленного белкового потока»:
созревание и транспорт белков
плазматической мембраны;
созревание и транспорт секретов;
созревание и транспорт ферментов лизосом.
С помощью везикулярного
транспорта прошедшие через аппарат Гольджи
белки доставляются «по адресу» в зависимости
от полученных ими в аппарате Гольджи
«меток». Механизмы этого процесса также
не до конца понятны. Известно, что транспорт
белков из аппарата Гольджи требует участия
специфических мембранных рецепторов,
которые опознают «груз» и обеспечивают
избирательную стыковку пузырька с той
или иной органеллой.
Образование лизосом[править | править вики-текст]
Многие гидролитические
ферменты лизосом проходят через аппарат
Гольджи, где они получают «метку» в виде
специфического сахара — маннозо-6-фосфата (М6Ф)- в составе присоединенного
к аминокислотной цепочке олигосахарида. Добавление этой метки
происходит при участии двух ферментов.
Фермент N-ацетилглюкозаминфосфотрансфераза
специфически опознает лизосомальные
гидролазы по деталям их третичной структуры
и присоединяет N-ацетилглюкозаминфосфат
к шестому атому нескольких маннозных
остатков олигосахарида гидролазы. Второй
фермент — фосфогликозидаза — отщепляет
N-ацетилглюкозамин, создавая М6Ф-метку.
Затем эта метка опознается белком-рецептором
М6Ф, с его помощью гидролазы упаковываются
в везикулы и доставляются в лизосомы.
Там, в кислой среде, фосфат отщепляется
от зрелой гидролазы. При нарушении работы
N-ацетилглюкозаминфосфотрансферазы из-за
мутаций или при генетических дефектах
рецептора М6Ф все ферменты лизосом «по
умолчанию» доставляются к наружной мембране
и секретируются во внеклеточную среду.
Выяснилось, что в норме некоторое количество
рецепторов М6Ф также попадают на наружную
мембрану. Они возвращают случайно попавшие
во внешнюю среду ферменты лизосом внутрь
клетки в процессе эндоцитоза.
Транспорт белков
на наружную мембрану[править | править вики-текст]
Как правило, ещё в
ходе синтеза белки наружной мембраны
встраиваются своими гидрофобными участками
в мембрану эндоплазматической сети. Затем
в составе мембраны везикул они доставляются
в аппарат Гольджи, а оттуда — к поверхности
клетки. При слиянии везикулы с плазмалеммой такие белки остаются
в ее составе, а не выделяются во внешнюю
среду, как те белки, что находились в полости
везикулы.