Рибосоми

Рибосоми - це дуже дрібні органели (діаметром близько 20 нм). Число рибосом в цитоплазмі живих клітин дуже велике як у прокаріотів, так і у еукаріот. У звичайній бактеріальної клітині міститься, наприклад, до 10000 рибосом, а в еукаріотичних клітинах число їх у кілька разів більше. Рибосоми служать місцем білкового синтезу.

Кожна рибосома складається з двох субодиниць (субчастинок) - великої і малої. Через дрібні розміри рибосоми при диференціальному центрифугування седіментуються останніми серед усіх інших органел: рибосомну фракцію можна отримати лише після центрифугування при 100 000 g протягом 1-2 год. Досліди по седиментації виявили існування двох головних типів рибосом, які були названі 70S - і 80S – рибосомами. S (сведберг) - одиниця, що характеризує швидкість седиментації в центрифузі. Чим більше число S, тим вище швидкість седиментації. 70S - рибосоми виявляються у прокаріот, а трохи більші 80S - рибосоми в цитоплазмі еукаріотичних клітин. Цікаво відзначити, що в хлоропластах і мітохондріях містяться 70S - рибосоми, що вказує на якусь спорідненість цих еукаріотичних органел з прокаріотами.

Рибосоми складаються з приблизно рівних (за масою) кількостей РНК і білка (тобто являють собою рибонуклеопротеїнові частки). РНК, що входить до їх складу так звана рибосомна РНК (рРНК), синтезується в ядерці. Разом ті й інші утворюють складну тривимірну структуру, що має здатність до самозбирання.

Під час синтезу білка на рибосомах амінокислоти, з яких будується поліпептидний ланцюг, приєднуються до зростаючого ланцюга послідовно одна за одною. Рибосома служить місцем зв'язування для молекул, що беруть участь у синтезі, тобто таким місцем, де ці молекули можуть зайняти по відношенню один до одного певне визначене становище. У синтезі беруть участь: матрична РНК (мРНК), що несе генетичні інструкції від клітинного ядра, транспортна РНК (тРНК), що доставляє до рибосоми необхідні амінокислоти, і зростаючий поліпептидний ланцюг. Повинні також зайняти належне місце фактори, відповідальні за ініціацію, елонгацію і термінацію ланцюга. Весь процес в цілому настільки складний, що без рибосоми він не міг би йти ефективно (або не йшов би взагалі).

У еукаріотичних клітинах чітко видно дві популяції рибосом - вільні рибосоми і рибосоми, приєднані до ЕР. Будова тих і інших ідентично, але частина рибосом пов'язана з ЕР через білки, які вони синтезують. Такі білки зазвичай секретуються. Прикладом білка, синтезованого вільними рибосомами, може служити гемоглобін, що утворюється в молодих еритроцитах.

У процесі синтезу білка рибосома переміщається уздовж ниткоподібної молекули мРНК. Процес йде більш ефективно, коли вздовж мРНК переміщається не одна рибосома, а одночасно багато рибосом, що нагадують в цьому випадку намистини на нитці. Такі ланцюги рибосом називаються полірибосомами або полісомами. На ЕР полісоми виявляються у вигляді характерних завитків. Їх можна виділити в інтактному вигляді методом центрифугування.

Апарат Гольджі

Структуру, відому тепер як апарат Гольджі, вперше виявив в клітинах в 1898 р. Камілло Гольджі, що застосував у своїх спостереженнях особливу методику фарбування. Проте детально досліджувати її вдалося тільки за допомогою електронного мікроскопа. Апарат Гольджі міститься майже у всіх еукаріотичних клітинах і являє собою стопку сплющених мембранних мішечків, так званих цистерн, і пов'язану з ними систему бульбашок, званих бульбашками Гольджі. У рослинних клітинах виявляється ряд окремих стопок, званих діктіосоми. У тваринних клітинах частіше можна зустріти одну велику стопку. Тривимірну структуру апарату Гольджі важко виявити при вивченні ультратонких зрізів, однак спостереження із застосуванням негативного фарбування дозволяють припустити, що навколо центральної стопки формується складна система взаємопов'язаних трубочок.

На одному кінці стопки постійно утворюються нові цистерни шляхом злиття бульбашок, які відокремлюються, ймовірно, від гладенького ЕР. Цей «зовнішній», або той що формується, бік стопки опуклий, тоді як інший, «внутрішній», де завершується дозрівання і де цистерни знову розпадаються на бульбашки, має увігнуту форму. Стопка складається з багатьох цистерн, які, як вважають, поступово переміщаються від зовнішньої сторони до внутрішньої.

Функцію апарату Гольджі складають транспорт речовин і хімічна модифікація клітинних продуктів, що надходять до нього. Функція ця особливо важлива і помітна в секреторних клітинах, хорошим прикладом яких можуть служити ацинарні клітини підшлункової залози. Ці клітини секретують травні ферменти панкреатичного соку в вивідний проток залози, через який вони надходять у дванадцятипалу кишку.

Окремі етапи цього шляху виявляють за допомогою радіоактивно мічених амінокислот, простежуючи їх включення в білки, а потім пересування по різним клітинним органеллам. Для цього зразки тканини гомогенізують через різні проміжки часу після введення амінокислот, поділяють клітинні органели центрифугуванням і з'ясовують, в яких органелах частка цих амінокислот є найвищою. Після концентрування в апараті Гольджі білок в бульбашках Гольджі переноситься до плазматичної мембрани. Кінцевим етапом є секреція неактивного ферменту за допомогою процесу, зворотного піноцитозу.

Травні ферменти, що виділяються підшлунковою залозою, синтезуються в неактивній формі, щоб вони не могли руйнувати клітини, в яких вони утворюються. Фермент в неактивній формі називається проферментом або зімогеном. Прикладом може слугувати трипсиноген, що перетворюється на активний трипсин у дванадцятипалій кишці.

Зазвичай у білків, що надходять в апарат Гольджі з ЕР, є короткі олігосахаридні ланцюги, тобто вони представляють собою глікопротеїни (подібно мембранним білкам). Такі вуглеводні «антени» в апараті Гольджі можуть зазнавати модифікацію, що перетворює їх у маркери, за допомогою яких білок направляється строго за своїм призначенням. Однак, яким чином апарат Гольджі сортує і розподіляє молекули, в точності не відомо. Приєднання глікозильних груп до білків, внаслідок чого виникають глікопротеїни, носить назву глІкозилювання; глікозилюванням супроводжується утворення багатьох білків.

Апарат Гольджі бере участь іноді і в секреції вуглеводів, наприклад при синтезі матеріалу клітинних стінок у рослин. Він має посилену активності в області «клітинної перетинки», тобто в тій області, де після поділу ядра (мітозу чи мейозу) між двома дочірніми ядрами які щойно утворилися закладається нова клітинна стінка.

Пухирці Гольджі направляються до потрібного місця на клітинній перетинці за допомогою мікротрубочок і тут зливаються. Їх мембрани стають частиною нових плазматичних мембран дочірніх клітин, а їх вміст використовується для побудови серединної пластинки і нових клітинних стінок. Методом радіоавтографії було показано, що радіоактивно мічена глюкоза, поглинута рослинними клітинами що діляться, спочатку з'являється в апараті Гольджі, а пізніше (в бульбашках Гольджі) включається в полісахариди, які призначені для побудови клітинних стінок. Мабуть, це полісахариди матриксу клітинних стінок, а не целюлоза, яка в бульбашках Гольджі не синтезується.

Два розглянутих нами приклада - секреторна активність ацинарних клітин підшлункової залози і утворення нових клітинних стінок в клітинах що діляться - показують, яким чином більшість клітинних органел можуть об'єднуватися для виконання якої-небудь однієї функції.

Апаратом Гольджі секретується важливий глікопротеїн муцин, в розчині утворює слиз. Він виділяється бокалоподібними клітинами, що знаходяться в товщі епітелію слизової оболонки кишечника і дихальних шляхів. У клітинах кінчика кореня є апарат Гольджі, який секретує багату мукополісахаридами слиз, яка змочує кінчик кореня і полегшує його проникнення в грунт. У залозах листя комахоїдних рослин – росянки (Drosera) і жирянки (Pinguicula) - апарат Гольджі секретує клейкий слиз і ферменти, за допомогою яких ці рослини ловлять і перетравлюють здобич. У багатьох клітинах апарат Гольджі бере участь у секреції слизу, воску, камеді і рослинного клею.

Іноді апарат Гольджі бере участь і в транспорті ліпідів. При перетравленні ліпіди розщеплюються і всмоктуються в тонкому кишечнику у вигляді жирних кислот і гліцеролу. Потім в гладенькому ЕР ліпідами ресинтезуються. Вони покриваються білковою оболонкою і через апарат Гольджі транспортуються до плазматичної мембрани, де їм належить покинути клітину. Пройшовши через плазматичну мембрану, вони надходять переважно в лімфатичну систему. Крім перерахованих вище функцій, пов'язаних із секрецією білків, глікопротеїнів, вуглеводів і ліпідів, апарат Гольджі виконує ще одну функцію - у ньому формуються лізосоми.