1.9.2. Аппарат Гольджи (аг).

Аппарат Гольджи занимает центральную позицию в секреторном пути транспорта макромолекул. Он получает вновь синтезируемые белки и липиды от ЭР и направляет их либо к поверхности клетки, либо к вакуолям. У растений в АГ происходит сборка сложных полисахаридов матрикса клеточной стенки, синтез и процессинг углеводных фрагментов O- и N-гликопротеинов. Гликозилтрансферазы и гликозидазы, которые осуществляют эти реакции, являются интегральными белками мембран аппарата Гольджи. Специфичные мебранные белки-переносчики поставляют нуклеотиды сахаров из цитозоля к гликозил-трансферазам, которые синтезируют различные углеводные продукты.

Принципиальным отличием в функционировании аппарата Гольджи от системы ЭР является механизм транспортирования синтезируемых и/или обрабатываемых продуктов внутри органеллы. Эндоплазматичский ретикулум представляет собой единую полость, и молекулы имеют возможность распределяться по всей органелле. Аппарат Гольджи состоит из отдельных цистерн и синтезируемые им продукты последовательно транспортируются между ними путем везикулярного транспорта.

1.9.2.1. Растительный аппарат Гольджи состоит из рассеянных по цитозолю комплексов диктиосом с тгс, которые передвигаются с током цитоплазмы.

Функциональная единица растительного аппарата Гольджи представляет собой стопку цистерн, ассоциированную с ними транс-Гольджи сеть и Гольджи матрикс, который окружает обе структуры. Количество единиц комплекса Гольджи в клетке может варьировать в зависимости от вида, размера и стадии развития клетки, а также объема и типа секретируемых молекул. Например, маленькие клетки апикальной меристемы иван-чая (Epilobium) содержат приблизительно 20 единиц комплекса Гольджи, тогда как клетки хлопка, продуцирующие волокна – более 10 000.

Cтопки цистерн аппарата Гольджи носят название диктиосом или стеков, каждая из которых состоит из набора от пяти до восьми уплощенных цистерн. Цистерны морфологически полярны и имеют формирующуюся (цис-) и секреторную (транс-) сторону. Цис-сторона тесно связана с переходными элементами ЭР. Транс-сторона расширяется, образуя трубчатый ретикулум, называемый транс-Гольджи сетью (рис. 1.22)

Транс-Гольджи сеть (ТГС) состоит из искривленной, полигональной сетчатой структуры, построенной из канальцев с гладкой поверхностью. Она может иметь контакты с несколькими единицами комплекса Гольджи. От ТГС отделяются множество везикул, которые транспортируют различные молекулы к вакуолям или плазмалемме. ТГС представляет собой главный пункт разветвления секреторного пути, в частности отделение белков, предназначенных для экзоцитозного транспорта от белков, направляемых в вакуоли. ТГС имеет разные размеры в зависимости от типа клетки.

Гольджи матрикс является тонкой, нитевидной, сетчатой структурой, которая окружает диктиосомы и ТГС. В Гольджи-матриксе нет рибосом и цитозольных белков. Предполагают, что в его функции входит защита диктиосом и предотвращение потерь транспортных везикул.

Со стопками Гольджи всегда ассоциирована множество мелких (диаметром около 60 нм) ограниченных мембраной пузырьков (везикул). Они группируются на стороне, примыкающей к ЭР, а также по периферии стопки вблизи расширенных краев каждой цистерны. Полагают, что эти пузырьки (везикулы Гольджи) переносят белки и липиды в АГ и транспортируют их между цистернами.

В животных клетках АГ как правило располагается вблизи центра клетки. В растительной клетке, напротив, комплексы Гольджи (диктиосомы + ТГС) обычно рассеяны по всей цитоплазме – либо по одиночке, либо небольшими группами. Подобная локализация, а также актин-зависимое передвижение диктиосом по цитоплазме, гарантирует, что даже в большой вакуолизированной растительной клетке секретируемые вещества будут доставлены по назначению. Анализ характера движений диктиосом показал, что они движутся по типу «остановились-пошли» («stop-and-go»). Это послужило основанием для гипотезы, что диктиосомы могут делать паузу у экспортных участков ЭР чтобы «принять груз», а также недалеко от формирующейся клеточной стенки, чтобы «разгрузиться».

Растительный аппарат Гольджи остается структурно целостным и функционально активным в течение митоза. Это необходимо для формирования мембран и макромолекул срединной пластинки. Новые диктиосомы образуются путем деления, которое может начинаться как с цис- , так и транс- стороны. Это обычно происходит в течение G2 фазы клеточного цикла.

1.9.2.2. Аппарат Гольджи (диктиосомы+ТГС) состоят из морфологически различных цистерн, которые формируют различные типы окаймленных пузырьков.

Стопки Гольджи состоят из морфологически различных типов цистерн. Эти различия возникают, поскольку каждый тип цистерн содержит различный набор ферментов и выполняет разные функции.

Цис-цистерны являются «станциями приемки» продуктов, транспортируемых в везикулах от ЭР. После первого цикла обработки продукты транспортируются к промежуточным цистернам, затем – к транс-цистернам и, наконец, отправляются в транс-Гольджи сеть. Транс-цистерны Гольджи и ТГС имеют наиболее кислый рН по сравнению с другими компартментами АГ. Это связано с тем, что в их мембранах работает H+-ATФ-за V-типа (см. ниже). Помимо регуляции активности ферментов, находящихся в этих компартментах, низкий рН, по-видимому, способствует формированию транспортных везикул.

Большинство везикул, отпочковывающихся от цистерн Гольджи и ТГС, аранжированы белками, то есть имеют белковую оболочку. Эта оболочка выполняет несколько функций. Она определяет типы молекул, помещаемые в данную везикулу, контролирует процесс формирования везикулы, и, самое главное, определяет «место назначения» данной везикулы, так как ряд белков оболочки специфичны по отношению к мембране «назначения» везикулы.

Везикулы, участвующие в ЭР → Голджи, Гольджи → Гольджи и Гольджи → ТГС транспорте отпочковываются от мембран за счет механизма, использующего специальные белки оболочки COP (coat protein). После завершения формирования везикулы большинство белков от нее отделяются и могут участвовать в образовании другой везикулы.

Везикулы, которые формируются в ТГС и предназначены для экспорта вакуолярных ферментов и запасных белков, аранжируются другим белком – клатрином.. При этом образуются так называемые окаймленные пузырьки, предназначенные для транспорта исключительно в вакуоли. Те молекулы, которые не попали в окаймленные пузырьки, впоследствии упаковываются в везикулы другого типа, которые отправляют их к клеточной поверхности. Этот вариант транспорта известен как «путь дефолта». Клатрин-покрытые везикулы с различными «адаптерными» белками также участвуют в поглощении растворимых и мембранных белков в процессе эндоцитоза.