2.2. Органеллы клетки

Органеллы - важнейший компонент клетки, структуры клетки, имеющие строго определенное строение и функции (рис.51; табл.11).

По функциональному признаку органеллы делятся на:

1 - органеллы общего значения - содержатся во всех клетках. К ним относятся митохондрии, эндоплазматическая сеть (ЭПС), комплекс Гольджи (КГ), центриоли, рибосомы, лизосомы, пероксисомы, микротрубочки и микрофиламенты;

2 - органеллы специального значения - имеются в клетках, выпол- няющих специальные функции. Это миофибриллы, нейрофибриллы, рес -

нички и жгутики.

По структурному принципу органеллы делятся на:

1 - мембранные (митохондрии, ЭПС, КГ, лизосомы, пероксисомы), которые отделены от гиалоплазмы одной или двумя мембранами;

2 - немембранные, не имеющие в своем составе мембран. Они, в свою очередь, по форме объединяются в две группы :

- фибриллярные органеллы (микротрубочки, микро­филаменты, реснички, жгутики, центриоли);

гранулярные органеллы (рибосомы, полисомы).

Рис.51. Эукариоти – ческие орга -неллы (вид с электронно -

граммы) (Из: Фаллер, Шилдс, 2004)

Органеллы являются динамическими структурами; могут изменять размеры, но не формируют­ся de novo. Для образования новых органелл необходима информация, в виде рудимента или матрицы от уже суще­ствующей орга - неллы. Каждая органелла занимает в гиалоплазме место, оптимальное для выполне­ния её специализированной функции.

Движение веществ из органеллы в органеллу происходит согласно определенным путям и принципам и представляет поток белков и пузырь- ков (везикул).

2.2.1. Мембранные органеллы.

Все мембранные органеллы ограничены от цитоплазмы биомембранами, которые имеют общий план строения: являются белково-липидными бимолекулярными слоями, различающимися лишь по составу белков и липидов.

Таблица 11

Эукариотические органеллы ( Из: Грин, Стаут,1999)

Продолжение табл.11

Продолжение таблицы 1

2.2.1.1. Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) или ретикулюм (рис.52) - мембранная органелла, описанная впер­вые в 1945 году К.Портером. Это система каналов, вакуолей, цистерн (мешочков). ЭПС расположена вблизи ядра и образует непрерывную сеть, ограниченную от гиалоплазмы мембранами, более тонкими и подвижными, чем плазмолемма. Кроме того, мембраны ЭПС содержат белка больше, чем мембраны других органелл из-за многочисленных ферментных сис­тем и практически не содержат холестерина. Белки мембраны ЭПС практически лишены боковых углеводных цепочек. Это единый непрерывный компартмент (отсек), образующий складки, впячивания, которые видны на срезах как трубочки, пузырьки и цистерны. От ЭПС отшнуровываются транспортные пу­зырьки (везикулы), которые несут новосинтезированные белки к комплексу Гольджи для модифи­кации и сортировки.

В ЭПС проходят процессы синтеза белка и липидов; гидрокси- лирование, сульфатирование, фосфорилирование, глюкозилирование и фолдинг белка, сборка субъединиц белка. Нарушение любого из этих процессов приводит к задержке белка в полости ЭПС и его разрушению.

Рис.52. Эндоплазматическая сеть: схематический рисунок и микрофотография

(Из: Интернет-ресурсы – структура ЭПС)

В полостях ЭПС содержатся большие количества внутриполостных ферментов и неорганических веществ, учавствующих в вышеперечис- ленных процессах, в том числе:

1. Протеин дисульфидизомераза (ПДИ) – фолдаза, обеспечивающая образование правильных дисульфидных связей между цистеиновыми остатками в процессе фолдинга секреторных и мембранных белков;

2. Пептидил-пролилизомераза (ППИ) - фолдаза, учавствующая в фолдинге белков, содержащих аминокислоту пролин;

3. Кальций - содержание Са²⁺ в полостях ЭПС очень высоко (5 ммоль), так как, ЭПС является основным кальциевым депо клетки;

4. Шапероны - ферменты фолдинга, из которых в ЭПС содержатся белки семейства hsp 70 и hsp 90, связывающий белок Вip, Grp-94, Шапероны обеспечивают «правильный» фолдинг белка и предотвращают агрегацию промежуточных продуктов. Белки, приобретающие нативную структуру с задержкой или вообще неправильно сворачивающиеся, остаются связанными с шаперонами, не удаляется из ЭПС, и подвергаются разрушению;

5. Кальнексин - белок с молекулярной массой 88кДа, является интегральным ЭПС-белком с каталитическим доменом, обращенным в полость ЭПС. Его функция - контроль за «правильным» фолдингом белка и удерживание неправильно свернутых белков в полости ЭПС.

6. Кальретикулин - Са²⁺- связывающий белок(46 кДа) с двумя Са²⁺- связывающими доменами. Этот белок выполняет несколько функций: содержит ядерную сигнальную последовательность, обеспечивающую связывание стероидных рецепторов с молекулами ДНК; действует как интегринсвязывающий белок (интегрины – адгезивные белки клетки) и др.

Различают два вида ЭПС: гранулярную (шероховатую) и агранулярную (гладкую)

Гранулярная ЭПС (рис.52,53) содержит на своей поверхности, обращенной к гиалоплазме, рибосомы, кото­рые связываются с ЭПС с помощью причального белка (doking protеin) и становятся мембраносвязанными, но только на период процесса трансляции. Отдельные субъединицы рибосом с ЭПС ни­когда не связаны.

Рис.53. Эндоплазматическая сеть: 1 –гранулярная ЭПС; 2 – митохон -

дрии; 3 – ядро (Из: Кузнецов,)

Функциями гранулярной ЭПС являются:

1 - синтез белков и липидов всех мембран;

2 - синтез «экспортных» (предназначенных к выделению из клетки) и лизосомных белков. «Внутренние» белки - белки митохондрий, ядра и гиало- плазмы синтезируется на свободных рибосомах в гиалоплазме. При этом, «экспортные» белки синтезируются на одном участке ЭПС, мембранные - на другом, лизосомальные - на третьем;

3 - первоначальная сортировка и модификация белков;

4 - образование везикулярных пузырьков, транспортирующих вновь син- тезированные белки в комплекс Гольджи и лизосомы.

Процессы, происходящие в ЭПС можно разделить на следующие этапы:

I - синтез белков и липидов мембран, экспортных и лизосомальных белков;

II - первичная сортировка белков ЭПС;

III - модификация белков и липидов;

IV - «упаковка» белков и липидов в транспортные пузырьки – везикулы.

I. Синтез белков начинается на свободных рибосомах в цитоплазме (рис.54). Затем, синтезируемые белков в соответствии с их функцией расходятся: белки, несущие на N-конце особую последовательность, которая называется сигнальной последовательностью или сигнальным пептидом для ЭР (рис.54,1), проходят через секреторный путь (на схеме справа), белки, не имеющие такой сигнальной последовательности, следуют по цитоплазматическому пути (на схеме рис.54, слева). Сигнальная последовательность или последователь- ность начала переноса (рис.55) находится на N-конце пептидной цепи и состоит из 15-35 аминокислот. После окончания синтеза пептида СП отщепляется специальной пептидазой.

Рис.54. Схема сортировки белков (Из: Интернет-ресурсы – структура ЭПС)

Рис.55. Структура сигнальной последовательности аминокислот

(Из : Страйер,1985)

В полостях ЭПС синтезируются белки мембран всех органелл клетки, экспортные белки и белки лизосом – гидролазы. Синтез таких белков в полостях гранулярной ЭПС начинаются со связывания свободной рибосомы, уже начав­шей трансляцию белка в гиалоплазме, с мембраной ЭПС (рис.56).

Рис.56. Трансляция на гранулярной ЭПС: 1 – начало трансляции в цитоплазме; 2 - образование сигнального пептида; 3 – связывание рибосомы с SRP-частицей и образование комплекса мРНК-рибосома-СП-SRP-частица; 4– прерывание синтеза белка в гиалоплазме; 5 – связывание комплекса мРНК-рибосома-СП-SRP-частица с мембраной ГЭПС и открытие канала транслокона; 6 – отсоединение SRP-частицы от рецептора; 7 – возобновление синтеза белка (Из: Интернет-ресурсы – сортировка белков в ЭПС)

После того, как на пептидах, синтезируемых на свободной рибосоме в цитоплазме будет образована СП пептида, специальные СП-уз­нающие частицы SRР (signal recognition particle), находящиеся в гиалоплазме узнают СП и связываются с ней (рис.56,3). В результате этого связы­вания синтез пептида в гиалоплазме останавливается (рис.56,4). Образуется комплекс мРНК-рибосома-СП-SRР, который, до связи с мембранной ЭПС, должен связаться с doking-белком (рис.56,5). Docing-белок (от анг. to dock – состыковывать), называющийся также причальным белком - это гетеродимер, состоящий из 2 субъединиц: α и β. Он находится на внутренней поверхности мембраны ЭПС и является рецептором, узнающим ЅRР-частицу (SRP-рецептор).

ЅRР-частицы состоят из молекулы 7Ѕ-РНК и 6 полипептидов с молекулярной массой 9,14,19,54,68, и 70 кДа. Кроме того, что ЅRР-частица узнает СП белка, ее РНК узнает определенный участок транслируемой мРНК и, тем самым, определяет место прикрепления свободной рибосомы к мембране. Таким образом, ЅRР-частицы:

1 - распознают СП-белка, транслируемого на свободных рибосомах;

2 - временно прекращают трансляцию;

3 - участвуют в перемещении комплекса мРНК-рибосома-СП к мем- бране ЭПС.

При этом осуществляется первый этап сортировки белков, который включает два этапа:

1 - из числа транслируемых в цитоплазме белков отбираются (с помощью СП и ЅRР-частиц) те, дальнейшая трансляция которых будет продолжаться в ЭПС. Это мембранные белки, белки «на экспорт», лизосомальные белки;

2 - определяется место трансляции белка в ЭПС и, тем самым, его дальнейшая судьба, а именно, станет ли он мембранным белком, белком «на экспорт» или лизосомальным белком.

Комплекс мРНК-рибосома-СП-ЅRР-частица направляется к мембране ЭПС и связывается с doking-белком (SRP-рецептором)(рис.56,5). После чего, SRP связывает рибосому с мембраной ГЭПС посредством SRP-рецептора. Связывание рибосомы с мембраной ЭПС открывает канал, называемый транслоконом. Транслокон - это комплекс интегральных трансмембранных белков рибофоринов, которые специфически взаимодействуют с большой субъединицей рибосомы и формируют при участии рибосомы гидрофобные трансмембранные водные каналы для транспорта синтезируемого полипептида в просвет ГЭПС. Поэтому комплекс рибофоринов транслокона и рибосомы называется полипептид-транслирующей порой.

После закрепления рибосомы на мембране, SRP-частица отсоединяется от сигнального пептида и от SRP-рецептора (отделение сопровождается гидролизом ГТФ) (рис.56,6). Сразу после освобождения ЅRР-частицы и переноса комплекса мРНК–рибосома-СП происходит проникновение СП белка через мембрану по транслокону, в просвет ГЭПС (рис.), соединение его с гидрофобными участками мембран ГЭПС и возобновление трансляции полипептида (6), но уже на мембраносвязанных рибосомах (рис.57).

Рис.57. Вновь синтезированные белки вырастают из стенки ЭПС:

стрелкой указано направление движения синтеза белка (Из: Де Дюв, 1987)

СП остается фиксированной в области транслокона и все удлиняющийся пептид, втягивается через пору в полость ЭПС, образуя там пет­лю. При этом перемещается не рибосома, связанная с ЭПС, а мPНК. Вновь синтезированный пеп­тид имеет двойную фиксацию: на мембране ЭПС с N-конца через СП и с С-конца к рибосоме (рис.58).

После окончания трансляции пептид отсоединяется сначала с С-конца от рибосомы, затем с N-конца от мембраны с помощью специального фермента протеазы, отщепляющей СП от пептида. СП высвобождается из мембраны и расщепляется другими протеазами в полости ГЭПС. Вновь синтезированный пептид поступает в полость ГЭПС, где происходит его фолдинг при участии фолдаз ПДИ (протеиндисульфидизомераза), ППИ (пептидилпролилизомераза) и шаперонов hsp70 и hsp90, Grp94. Если фолдинг белка происходит неправильно, то белок кальнексин сохраняет его в ГЭПС, предотвращая высвобождение неправильно свернутых белков.

Рис.58. Завершение процесса синтеза белка на мембранносвязаных рибосомах ГЭПС:

А – рост полипептидной цепи; Б – образо - вание петли полипептида в полости ГЭПС и отщепление полипептида сигнальной пептида - зой от мембраны; В – пептид в полости ГЭПС (Из: Мушкамбаров, 2003)

III. После первичной сортировки и завершения трансляции в ЭПС некоторые белки для завершения созревания должны быть модифицированы, то есть подвергаются гликозилированию и гидроксилированию.

Большинство белков, синтезированных в ЭПС в зрелом состоянии, являются гликопротеинами, то есть белками, содержащими углеводный компонент. Гликопротеинами являются некоторые белки плазмы (экспортные белки), мембранный белок эритроцитов гликофорин, белки переносчики – транслоказы, поверхностные рецепторы плазмолеммы, почти все лизосомальные ферменты. Поэтому после завершения трансляции, они подвергаются гликозилированию при переносе в полость ЭПС. В процессе гликозилирования углеводный компонент этих белков образуется путем переноса олигосахаридов, которые синтезируются на мембраносвязанных липидах долихолфосфатах.

Долихофосфаты – это липиды с очень длинной цепью, содержащей 20 изопреновых остатков, погруженые в мембраны ЭПС. Обладая гидро – фобными свойствами, они могут свободно перескакивать через мембрану и выходить на поверхность мембраны, обращенную к гиалоплазме, где синтезируется одинаковое для всех белков олигосахаридное «ядро». В него входят 2 остатка N-ацетил-глюкозамина, 9 остатков маннозы и 3 остатка глюкозы (рис.59). Синтез происходит путем присоединение маносахаридных остатков к долихолфосфату, который будучи мембранным липидом, перескакивает через мембрану и выходит на ее поверхность, обращенную в гиалоплазму. Заверщенный комплекс – долихол-фосфат-олигосахарид является гидрофобным и легко проходит через мембраны в полость ЭПС. Специальная трансфераза в полости ЭПС переносит олигосахаридное ядро на синтезируемый полипептид, присоединяя его только к аспарагину, входящему в состав последовательности Asp-x-Ser или Asp –x-Thr, так как только эти триплеты обладают способностью присоединять олигосахаридное ядро целиком. Просоединение осуществляется через амидную группу (-NН₂-СО-), поэтому процесс называется N-гликозилированием. В результате белки приобретают одно или несколько олигосахаридных ядер. Процесс переноса углеводного компонента может быть нарушен двумя антибиотиками: туникомицином (блокирует присоединение к долихолфосфату первого углеводного остатка, останавливая гликозимерова- ние) и бацитроцином (блокирует превращения долихолфосфата), которые нарушают процесс синтеза гликопротеинов.

Рис.59. Гликозилирование белков в ЭПС ( Из: Мушкамбаров, 2003)

Еще один вид модификации белков, синтезируемых на мембранах ЭПС – это гидроксилирование остатков пролина и лизина в коллагене, с образованием 4-гидроксипролина и 5-гидроксилизина. Гидроксилирование этих остатков осуществляется ферментами пролилгидроксилазы и лизилгидроксилазы при участии аксорбиновой кислоты. Коллоген, синтезируемый в отсутствии аксорбиновой кислоты не может образовывать нормальные по структуре волокна, что приводит к поражению кожи, ломкости сосудов и т.д., что является признаками цинги.

IV. И, наконец, последний этап процессов, связанных с синтезом белков и липидов, происходящий в ЭПС – «упаковка» этих молекулы в транспортные пузырьки.

Транспортные пузырьки (рис.60) представляют собой основное средство передвижения белков и липидов в клетке. Белки и липиды мембран, синтезированные в ЭПС входят в состав мембраны транспортного пузы- рька, а в полости пузырька транспортируются секреторные и лизосо- мальные белки, доставляемые в другие органеллы. То есть, транспортный пузырек переносит и мембранные белки, и липиды, и остальные, синте- зируемые в ЭПС молекулы.

Рис.60. Выведение новосинтезиро- ванных белков из ЭПС в составе траспортного пузырька ЭПС ( Из: Мушкамбаров, 2003)

Пузырьки образуются из мембраны одной органеллы, называемой донором, и перемещаются к другой органелле, называемой акцептором (рис.61), где происходит слияние мембран пузырька с мембраной акцеп- тора, то есть, мембраны донора и мембраны акцептора. Таким образом происходит обновление мембран органеллы–акцептора. Мембранные белки и липиды, синтезируемые в ЭПС образуют фрагменты всех мембран клетки и транспортируются в составе мембран пузырьков к органелле–акцептору и плазмолемме.

В процессе перемещения транспортных пузырьков от ЭПС к аппарату Гольджи постоянно осуществляется два направления транспорта веществ (рис.61):

1 - растворимые грузовые белки перемещаются от ЭПС к комплексу Гольджи по секреторному пути. Такой транспорт называется антероградным;

2 - определенные белки и липиды возвращается из комплекса Гольджи в ЭПС. Этот транспорт называется ретроградным.

Транспорт веществ в противоположных направлениях осуществляется двумя белковым комплексами, называющимися коатомерами или GOPs. Они образуют кайму вокруг пузырька (рис.61,3-4).

Ретроградный транспорт обеспечивается восемью субъединицами белка – СОР І (рис.61,2), а антероградный - 5 субъединицами белка СОР ІІ. Оба комплекса белков образуются в цитоплазме и связываются с транс - портными пузырьками. Вновь образованные пузырьки направляются от ЭПС к комплексу Гольджи, а оттуда к различными органеллам.

Для обеспечения правильного направления транспорта каждый пузырек снабжен специальной рецепторной молекулой, называемой Ловушка-п (т.е., рецептор пузырька, рис.61,1). Мембрана органеллы, куда должен транспортироваться пузырек, имеет рецептор, который называется Ловушкой-ц (т.е., рецептор целевой мембраны, рис.61,5). Ловушки п и ц связываются друг с другом при участии белков слияния (фузионных белков) – SNAPs, NSF и Rab, который состыковывает обе ловушки ( рис.61,5). Это обеспечивает правильность доставки пузырьков.

Рис.61. Антероградный и ретроградный транспорт, осуществляемый транс - портными окаймленными пузырьками: 1 – Ловушка-п в составе мембраны донора; 2,3 – образование почки пузырька, сопровождающееся присоединением коатомеров I ; 4 – транспорт окаймленного пузырька к акцепторной мембране; 5 –Ловушка-ц; 5,6 – участие белков SNAPs и NSF в присоединении окаймленного пузырька к акцепторной мембране; 7 – слияние мембран пузырька и акцептора(Из:Фаллер, 2003)

Транспортные пузырьки, образующиеся на ЭПС имеют диаметр 500А и окружены решетчатой оболочкой, состоящей из белка клатрина (рис.61, А,Б). Такие транспортные пузырьки называется окаймленными и переносят мембранные, секреторные и лизосомальные белки от ЭПС к аппарату Гольджи и дальше в целевые акцепторные органеллы. Окаймленные пузырьки транспортируют белки и липиды от плазмалеммы к внутренним мембранам; транспортные белки, факторы роста, инсулин, цитокины в другие части клетки.

Клатрин состоит из трех крупных и трех менее крупных полипептидов. Все субъединицы объединяются в структуру, называемую трискелион ( от греч. skelоs - нога), имеющую вид трехножки (рис.62,В) с «бедрами» и «голенями» длиной около 25 нм. Трискелионы соединяются латерально вдоль своих конечностей, образуя шестигранную ячейку, но не плоской, а куполообразной формы; ячейки собираются вместе, образуя решетчатую структуру.

Рис.62. Окаймленный клатриновый пузырек: А - схематическое изображение пузырка; Б - общий вид на электронограмме; В - сборка клатриновой сети из субъединиц в виде «трехножек»: 1- крупные полипептиды, 2 – менее крупные полипептиды

(Из: Фаллер, Шилдс, 2003; Де Дюв, 1987)

Постепенно мембрана в месте расположения клатриновой решетки начинает выпячиваться (рис.63), формируя окаймленную ямку. Затем края ямки смыкаются с образованием окаймленного пузырька. Пузырек образуется в местах высокой концентрации белков и липидов внутри ЭПС и содержит высококонцентрированный раствор белков. Таким же путем формируются транспортные окаймленные пузырьки на плазмолемме в процессе эндоцитоза (рис.63А).

Далее пузырьки диффундируют к комплексу Гольджи и сливаются с его мембранами, а белки попадают в его полости.

После завершения синтеза белков на мембраносвязанных рибосомах, первичной сортировки и модификации в ЭПС, дальнейшая их судьба различается (рис.54, 4-6):

Рис.63. Схема (А) и модель (Б) образования клатринового пузырька: 1-3 - этапы образо –

вания клатринового пузырька; 4 – клатриновый пузырек (Из: Де Дюв, 1987; Фаллер,

Шилдс, 2004)

1 - все интегральные белки мембран клетки синтезируются в ЭПС. Будущие интегральные белки мембран отсортировываются еще в процессе трансляции. Считают, что они не протягиваются через транслокон (пору) в полость ЭПС полностью, а так и ос­таются фиксированными на ней. Это происходит благодаря наличию особой аминокислотной по­следовательности в средней части полипептида, которая называется последовательностью задержки (ПЗ) или последовательностью окончания переноса, или «стоп-транспорт-сигнал» (рис.54,2). Она не распознается сигнальной протеазой и не отщепляется, закрепляя удлиняющийся белок в мембране и становясь трансмембранным доменом монотопного белка. Это прекращает перенос пептида, но не останавливает его трансляцию. В этом случае, после отщепления сигнальной последовательности N-конец пептида оказывается в полости ЭПС, а С-конец - на поверх­ности мембран (рис.64). Таким образом, фиксируются монотопные белки мембраны. Для политопных белков число СП на N-конце (последовательность начала переноса) и ПЗ (последовательность окончания переноса) может быть несколько. В этом случае, синтезирующийся белок «прошивает» мембрану несколько раз. Периферические мембранные белки фиксируются в мембране присоединением липофильного якоря. Такие белки имеют особый сигнал в форме специфической пептидной последовательности и присоединяют липиды во время или сразу после трансляции. Мембранными якорями являются жирные кислоты: пальмитиновая (C16) или миристиновая (C14) и др. В дальнейшем интегральные мембранные белки вместе с участком окружающей их мебраны формируют транспортный пузырек – везикулу и доставляются к другим органеллам клетки (рис.65):

а) от ЭПС к комплексу Гольджи , где продолжается процесс их модификации и сортировки, затем они оказываются его мембране;

б) в транспортных пузырьках от аппарата Гольджи к плазмолемме, лизосомам, пероксисомам и другим органеллам.

Рис.64. Образование монотопных интегральных белков мембраны ЭПС: сиг -

нальная последовательность окончания переноса SA обеспечивает закрепление

синтезирующегося на мембране белка, препятствуя его проникновению в по -

лость ЭПР, становясь при этом его трансмембранным доменом. В зависимости

от расположения этой последовательности от N-конца, белок будет ориентиро-

ван по отношению к мем бране по разному: N-концом в полостьЭПР (А) или С-

концом (Б) (Из: Фаллер,Шилдс,2004)

Рис.65 . Поток мембранных белков. Между органеллами клетки осу –

ществляется перемещение белков: после синтеза в ЭПС (А) белки, предназ-

наченные для секреции, лизосом, мембран в составе транспортных пузы -

рьков направляются в КГ, модифицируются там и перемещаются в ли –

зосомы, мембрану и др. места назначения; часть их возвращается в ЭПС.

От плазматической мембраны в составе эндосом транспортируются в ли –

зосомы (Б) и т.д. (Из: Фаллер, Шилдс,2004)

Направление транспорта всех белков и мембранных, и секретируемых определяется наличием у белков адресных маркеров, которыми являются сигнальные пептиды (табл.12; рис.65), короткие участки, расположенные на N- и С-концах, реже — в центральной части полипептидной цепи. Эти фрагменты имеют характерные физико-химические свойства, такие, как гидрофобный характер, наличие положительного или отрицательного заряда, более важные в функциональном отношении, чем аминокислотная последовательность. Сигнальные пептиды – это трехмерные структуры на поверхности белка, составленные из различных фрагментов полипептидных цепей (рис.66), которые узнаются и связываются рецепторами, локали- зованными в мембранах органелл. Затем рецепторы переносят эти белки через мембраны путем активного транспорта в соответствующие органеллы, обеспечивая точность переноса. Сигнальные последовательности могут узнаваться ферментами, которые модифицируют белки, существенно изменяя их свойства и дальнейшую судьбу. Сигнальные пептиды, после выполнения своей функции, удаляются специфичными гидролазами. При наличии в белке нескольких сигнальных последовательностей они удаляются поочередно. Белки, с сигнальными пептидами собираются в определенных местах полостей комплекса Гольджи. На этих участках мембран имеются рецепторы узнавания этих меток и поэтому, именно, на этих участках мембран образуются везикулы, транспортирующие белки в целевые участки клетки. При транспорте везикулярных пузырьков сохраняется полярность мембран. Так, внутренняя поверхность мембран везикул соответствует внутренней стороне мембраны ЭПС, аппарата Гольджи и лизосом, но наружной поверхности плазмолеммы;

Таблица 12

Адресные маркеры, направляющие белки к определенным

органеллам (Из: Фаллер, Шилдс,2004)

Направляющая последовательность или компонент	Органелла-мишень
Сигнальная пептидная последовательность	Мебрана ГЭПР
С-концевая KDEL-последовательность (Lys-Asp- Glu-Leu)	Внутренняя поверхность ГЭПР
N-концевая последовательность(положительно заряженный участок из 79 остатков)	Митохондрия
Короткая, основная аминокислотная последова - тельность, состоящая из 4 аминокислот	Ядро
Маннозо-6-фосфат	Лизосома

Рис.66. Адресные маркеры белков, синтезируемых в ЭПС (Из: Интернет-ресурсы –

сортировка белка в ЭПС)

2 - внутриполостные белки, фолдазы, шапероны, ферменты гликозилирования и гидроксилирования, случайно попавшие в пузырьки, содержат последовательность возврата-задержки (КDEL), которая состоит из 4 аминокислот: - Лиз-Асп-Глу-Лей- (рис.54,3;66,1). При попадании в комплекс Гольджи такие последовательности распознаются особыми возвращающими рецепторами комплекса Гольджи, собираются в специ­альные пузырьки и перемещаются обратно в ЭПС. Такие пузырьки называются ретроградными, а белки - полостными белками ЭПС. Процесс возврата пузырьков называется ретроградным транспортом (рис.60).

3 - в случае нарушения фолдинга белков синтезируемых в ЭПС, происходит их удаление из транспортного пузырька, а затем разрушение в полостях ЭПС.

4 - белки на «экспорт» (рис.54;5,6) и лизосомальные белки (рис.54,4;) также в составе транспортных пузырьков переносятся в комплекс Гольджи, модифицируются и направляются к месту выполнения ими своих функций: либо в лизосомы (рис.67), либо в другие участки клетки. Эти белки также имеют адресные сигналы, обеспечивающие их направленный транспорт. В случае нарушения внутриклеточного транспорта веществ возникает ряд заболеваний (табл.13).

В ЭПС синтезируются также мембранные липиды. Ферменты, обеспечивающие синтез липи­дов – это интегральные мембранные белки ЭПС. Для перевода жирных кислот в растворимую форму ис­пользуются особые белки - ацилпереносящие белки (АСР). Новые липиды, синтезиро - ванные на поверхности мембраны ЭПС, обращенной к гиалоплазме, свободно диффундируют в плоскость бислоя и смешиваются с липидами

Рис.67. Транспорт белков в лизосомы из комплекса Гольджи: прямой и

опосредованный наружной мембранной (Из: Де Дюв, 1987)

Таблица 13

Заболевания, связанные с нарушением сигналов

внутриклеточного транспорта (Из: Фаллер,Шилдс,2004)

Заболевание	Пораженные белки	Судьба белка
Врожденная недостаточ- ность сахарозоизомальтазы	Сахароизомальтаза	Вместо апикальной поверхности клетки в ЭПР или КГ
Муковисцидоз	Муковисцидозный трансмембранный регулятор	Разрушается в ЭПР не попадая в транспортные везикулы
Семейная гиперхолистеринемия	Рецептор ЛНП3	Нарушен выход из ЭПР; нарушается накопление в везикулах или транспорт в акцепторную органеллу
Наследственная эмфизема легких	α-антитрипсин	Не секретируется или разрушается в ЭПР
Болезнь I-клеток	Лизосомные гидролазы	Секретируются из клетки, не попадая в лизосомы
Недостаточность адгезии лейкоцитов	CD18	Разрушается β-субъединица
Синдром Цельвегера	Пероксисомные белки	Пероксисомы не образуются из-за мутации фактора сборки пероксисом

наружного слоя мембраны. Особые ферменты мембраны ЭПС - флиппазы - перемещают вновь синтезированные липиды во внутренний слой мембраны.

Липиды для других мембран клетки транспортируются из ЭПС двумя механизмами:

1. Везикулярный транспорт - обеспечивает транспорт липидов к плазмолемме, комплексу Гольджи и лизосомам, путем отпочковывания от мембраны ЭПС пузырьков, содержащих новые липиды и перемещения их сначала к комплексу Гольджи, где они подвергаются модификации, а затем к другим органеллам.

2. Мономерный обмен - процесс прямого переноса липидов от ЭПС к митохондриям, пероксисомам с помощью ферментов обмена липидов (например, фосфотидилхолина).

Гранулярная ЭПС может быть самостоятельной органеллой или переходить в агранулярную ЭПС.

Агранулярная ЭПС (АЭПС) (рис.52;68) представляет собой трехмерную сеть каналов, аналогичную сети гранулярной ЭПС, но не содержащую рибосом. Гранулярная и агранулярная ЭПС взаимно переходят друг в друга и функционально связаны между собой. Место перехода гранулярной ЭПС в агранулярную называется транзиторной частью или зоной. Здесь происходит образовывание транспортных пузырков.

Рис.68. Агранулярная эндоплазматическая сеть (АЭПС) в клет-

ках крысы. Видна гранулярная ЭПС (ГЭПС) и митохондрии(М)

(Из: Де Дюв.1987).

Канальцы АЭПС представляют собой замкнутую разветвленную систему. АЭПС принимает участие в синтезе липидов, осуществляемый ферментами, локализованными на её мембранах. Здесь же происходит синтез фосфолипидов и отдельные стадии синтеза холестерина (рис.69).

Рис.69. Агранулярная ЭПС: строение и основные функции (Из: Интернет-

ресурсы - сортировка белка в ЭПС)

Кроме того, АЭПС выполняет следующие функции:

1 - разделение цитоплазмы на отделы - компартменты, где происходит своя группа биохими­ческих реакций;

2 - биосинтез жиров и углеводов; стероидных гормонов (клетки эндо- кринной системы);

3 - образование пероксисом;

4 - дезинтоксикация ядов, гормонов, лекарств за счет деятельности ферментов;

5 - депонирование ионов Са ; поддерживающего низкий уровень Са²⁺ в цитоплазме. В мембранах АЭПС расположены в большом количестве управляемые кальциевые каналы и насосы, а высокая концентрация ионов Са²⁺ в цистернах поддерживается при участии Са²⁺-связывающих белков. Функция кальциевого депо более всего характерна для саркоплаз- матическому ретикулума, специализированной форме АЭПС мышечных клеток.

6 - источник мембран для восстановления кариолеммы в телофазе митоза.