Глава 3

ЦИТОЛОГИЯ:

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОРФОЛОГИЯ КЛЕТКИ

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ КЛЕТКИ И ЕЕ КОМПОНЕНТЫ

Клетка - элементарная структурная, функциональная и генети­ческая единица в составе всех растительных и животных организмов. Организм взрослого человека состоит примерно из 10¹³ клеток, кото­рые подразделяют более чем на 200 типов, существенно различаю­щихся своими структурными и функциональными особенностями. Вмес­те с тем, клетки всех типов характеризуются сходством общей органи­зации и строения важнейших компонентов.

Компоненты клетки. Каждая клетка состоит из двух основных компонентов - ядра и цитоплазмы. В ядре находятся хромосомы, содер­жащие генетическую информацию, которая в результате процесса транскрипции постоянно избирательно считывается и направляется в цитоплазму, где она контролирует ход многообразных процессов жиз­недеятельности клетки, в частности, сбалансированные процессы синте­за, анаболизма (от греч. апаЬок - повышение), и разрушения, катабо­лизма (от греч. ка1аЬа11о - разрушаю). Указанные процессы осуществля­ются в цитоплазме благодаря взаимодействию ее компонентов.

Компоненты цитоплазмы. Цитоплазма отделена от внешней (для данной клетки) среды внешней клеточной мембраной (плазмолем-мой) и содержит органеллы и включения (рис. 3-1), погруженные в гиа-лоплазму (клеточный матрикс).

Органеллы - постоянно присутствующие в цитоплазме структуры, специализированные на выполнении определенных функций в клетке. Они подразделяются на органеллы общего значения и специальные орга­неллы.

(1) органеллы общего значения имеются во всех клетках и необхо­димы для обеспечения их жизнедеятельности. К ним относятся мито­хондрии, рибосомы, эндоплазматическая сеть (ЭПС), комплекс Гольд-жи, лизосомы, пероксисомы, клеточный пентр, компоненты цитоске-лета;

(

грЭПС

2) специальные органеллы имеются лишь в некоторых клетках и обеспечивают выполнение их специализированных функций. К ним относят реснички, жгутики, микроворсинки, миофибриллы. акросому (спермиев). Специальные органеллы образуются в ходе развития клетки как производные органелл общего значения.

В состав многих органелл входит элементарная биологическая мембрана, поэтому органеллы подразделяют также на мембранные и не­мембранные. К мембранным органеллам относятся митохондрии, ЭПС, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, к немембранным -рибосомы, клеточный центр, реснички, микроворсинки, жгутики, ком­поненты цитоскелета.

Функциональные системы (аппараты) клетки - комплексы органелл, которые под контролем ядра обеспечивают выполнение важ­нейших функций клетки. Выделяют: (1) синтетический аппарат; (2) энергетический аппарат; (3) аппарат внутриклеточного перевари­вания (эндосомально-лизосомальный); (4) цитоскелет.

Включения - временные компоненты цитоплазмы, образованные в результате накопления продуктов метаболизма клеток. Подразделяют­ся на несколько типов (см. ниже).

Помимо структур цитоплазмы, которые можно четко отнести к ор­ганеллам или включениям, в ней имеется огромное количество разно­образных транспортных пузырьков, обеспечивающих не только перенос веществ между различными компонентами клетки, но и их частичное преобразование (процессинг) благодаря наличию ферментов в мембране, которая образует их стенку.

Мембранные структуры (компоненты) клетки - совокупное на­звание различных структур цитоплазмы и ядра: плазмолеммы, ряда орга­нелл, включений, транспортных пузырьков, а также ядерной оболочки (кариолеммы), в состав которых входят клеточные мембраны. Послед­ние в различных мембранных структурах клетки организованы сходным образом, однако существенно различаются, в первую очередь, составом мембранных белков, определяющим специфику их функций.

Гиалоплазма (клеточный сок, цитозоль, клеточный матрикс) -внутренняя среда клетки, на которую приходится до 55% ее общего объема. Она представляет собой сложную прозрачную коллоидную сис­тему, в которой взвешены органеллы и включения, и содержит различ­ные биополимеры: белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, а также ионы. Претерпевает превращения по типу гельзоль. В гиалоплазме про­исходит большая часть реакций межуточного обмена.

ПЛАЗМОЛЕММА

Плазмолемма (внешняя меточная мембрана, цитолемма, плаз­матическая мембрана) занимает в клетке пограничное положение и иг­рает роль полупроницаемого селективного барьера, который, с одной стороны, отделяет цитоплазму от окружающей клетку среды, а с другой

- обеспечивает ее связь с этой средой.

Функции плазмолеммы определяются ее положением и вклю­чают:

О Распознавшие данной клеткой других клеток и прикрепление к ним;

© Распознавание клеткой межклеточного вещества и прикрепле­ние к его элементам (волокнам, базальной мембране);

© Транспорт веществ и частиц в цитоплазму и из нее (посред­ством ряда механизмов);

© Взаимодействие с сигнальными молекулами (гормонами, меди­аторами, цитокинами и др.) благодаря наличию на ее поверхности специфических рецепторов к ним;

© Движение клетки (образование псевдо-, фило- и ламеллоподий)

- благодаря связи плазмолеммы с сократимыми элементами питоскелета.

С труктура плазмолеммы. Плазмолемма - самая толстая из кле­точных мембран (7.5-11 нм); под электронным микроскопом она, как и другие клеточные мембраны, имеет вид трехслойной структуры, представленной двумя электронно-плотными слоями, которые разделены светлым слоем. Ее молекулярное строение описывается жидкостно-мо-заичной моделью, согласно которой она состоит из липидного (фосфо-липидного) бислоя, в который погружены и с которым связаны молеку­лы белков.

Липидный бислой представлен преимущественно молекулами фос-фатидилхолина (лецитина) и фосфатидилэтаноламина (цефалина), со­стоящими из гидрофильной (полярной) головки и гидрофобного (непо­лярного) хвоста. В состав большинства мембран входит также холесте­рин (холестерол). В мембране гидрофобные цепи обращены внутрь би­слоя, а гидрофильные головки - кнаружи (рис.3-2). Состав липидов каждой из половин бислоя неидентичен. Липиды обеспечивают основ­ные физико-химические свойства мембран, в частности, их текучесть при температуре тела. Некоторые липиды (гликолипиды) связаны с оли-госахаридными цепями, которые выступают за пределы наружной по­верхности плазмолеммы, придавая ей асимметричность. Электронно-плотные слои соответствуют расположению гидрофильных участков ли­пидных молекул.

Мембранные белки составляют более 50% массы мембраны и удерживаются в липидном бислое за счет гидрофобных взаимодейст­вий с молекулами липидов. Они обеспечивают специфические свойства мембраны (типы белков и их содержание в мембране отражают ее фун­кцию) и играют различную биологическую роль (переносчиков, фер­ментов, рецепторов и структурных молекул). По своему расположе­нию относительно липидного бислоя мембранные белки разделяются на две основные группы - интегральные и периферические (см. рис. 3-2).

Периферические белки непрочно связаны с поверхностью мем­браны и обычно находятся вне липидного бислоя.

Интегральные белки либо полностью (собственно интегральные белки), либо частично (полуинтегральные белки) погружены в липид­ный бислой; часть белков целиком пронизывает всю мембрану (транс­мембранные белки). Интегральные белки плазмолеммы хорошо выявля­ются при использовании метода замораживания-скалывания. При этом плоскость скола обычно проходит через гидрофобную середину бислоя, разделяя его на два листка - наружный и внутренний (см. рис. 3-2). Ин­тегральные белки имеют вид округлых внутримембранных частиц, большая часть которых связана с Р-поверхностью (от англ. protoplas­mic) - протоплазматической, т.е. ближайшей к цитоплазме поверхности скола (наружной поверхности внутреннего листка), меньшая - на Е-по-верхности (от англ. external) - наружной, более близкой к внешней сре­де поверхности скола (внутренней поверхности наружного листка).

Часть белковых частип связана с молекулами олигосахаридов (гли-копротеины), которые выступают за пределы наружной поверхности плазмолеммы, другая имеет липидные боковые цепи (липопротеины). Молекулы олигосахаридов связаны также с липидами с составе глико-липидов. Углеводные участки гликолипидов и гликопротеинов придают поверхности клетки отрицательный заряд и образуют основу так назы­ваемого гликокаликса (от греч. glykos - сладкий и calyx - оболочка), который выявляется под электронным микроскопом в виде рыхлого слоя умеренной электронной плотности, покрывающего наружную по­верхность плазмолеммы. Эти углеводные участки играют роль рецеп­торов, обеспечивающих распознавание клеткой соседних клеток и межклеточного вещества, а также адгезивные взаимодействия с ни­ми. В состав гликокаликса некоторые авторы включают, помимо угле­водных компонентов, периферические мембранные белки и полуин­тегральные белки, функциональные участки которых находятся в над-мембранной зоне (например, иммуноглобулины). В гликокаликсе нахо­дятся рецепторы гистосовместимости, некоторые ферменты (часть которых может производиться не самой клеткой, а адсорбироваться на ее поверхности), рецепторы гормонов.

Белковые молекулы мозаично распределены в липидном бислое, однако они не жестко фиксированы в нем, а напротив, могут переме­щаться в его плоскости. В некоторых условиях определенные белки способны накапливаться в отдельных участках мембраны, образуя агре­гаты. Перемещение белковых частиц, по-видимому, не является произ­вольным, а контролируется внутриклеточными механизмами, в которых участвуют микрофиламенты (см. цитоскелет), прикрепленные к некото­рым интегральным белкам, связанным с Р-поверхностью (см. рис. 3-2).

Мембранный транспорт веществ может включать однонаправ­ленный перенос молекулы какого-то вещества или совместный транс­порт двух различных молекул в одном или противоположных направ­лениях.

Пассивный транспорт включает простую и облегченную диф­фузию - процессы, которые не требуют затраты энергии. Механизмом простой диффузии осуществляется перенос мелких молекул (например, 0₂, Н₂0, С0₂); этот процесс малоспецифичен и протекает со ско­ростью, пропорциональной градиенту концентрации транспортируемых молекул по обеим сторонам мембраны. Облегченная диффузия осущест­вляется через каналы и (или) белки-переносчики, которые обладают специфичностью в отношении транспортируемых молекул. В качестве ионных каналов выступают трансмембранные белки, образующие мел­кие водные поры, через которые по электрохимическому градиенту транспортируются мелкие водорастворимые молекулы и ионы. Белки-переносчики также являются трансмембранными белками, которые пре­терпевают обратимые изменения конформации. обеспечивающие транс­порт специфических молекул через плазмолемму. Они функционируют в механизмах как пассивного, так и активного транспорта.

Активный транспорт является энергоемким процессом, благода­ря которому перенос молекул осуществляется с помощью белков-пере­носчиков против электрохимического градиента. Примером механизма, обеспечивающего противоположно направленный активный транспорт ионов, служит натриево-калиевый насос (представленный белком-пере­носчиком Na+-K+-AT<Pa3ofi), благодаря которому ионы Na+ выводятся из цитоплазмы, а ионы К+ одновременно переносятся в нее. Этот ме­ханизм обеспечивает поддержание постоянства объема клетки (путем регуляции осмотического давления), а также мембранного потенциала. Активный транспорт глюкозы в клетку осуществляется белком-перенос­чиком и сочетается с однонаправленным переносом иона Na+.

Облегченный транспорт ионов опосредуется особыми трансмем­бранными белками - ионными каналами, обеспечивающими избиратель­ный перенос определенных ионов. Эти каналы состоят из собственно транспортной системы и воротного механизма, который открывает канал на некоторое время в ответ на (а) изменение мембранного потен­циала, (б) механическое воздействие (например, в волосковых клетках внутреннего уха), (в) связывание лиганда (сигнальной молекулы или иона).

Э ндоцитоз. Транспорт макромолекул в клетку осуществляется с помощью механизма эндоцитоза (от греч. endo - внутрь и cytos -клетка). Материал, находящийся во внеклеточном пространстве, захва­тывается в области впячивания (инвагинации) плазмолеммы, края кото­рого смыкаются с формированием эндоцитозного пузырька или эндо-сомы - мелкого сферического образования, герметически окруженного мембраной (рис. 3-3 и 3-5). Далее содержимое эндосомы подвергается внутриклеточной переработке (процессингу). В частности, в эндосоме в условиях закисления среды происходит отделение лиганда от рецеп­тора (последний в дальнейшем используется повторно) - см. ниже. Раз­новидностями эндоцитоза служат пиноцитоз и фагоцитоз.

Пиноцитоз (от греч. pinein - пить и cytos - клетка) - захват и по­глощение клеткой жидкости и (или) растворимых веществ; подразделя­ется на макропиноцитоз (диаметр эндосом 0.2-0.3 мкм) и микропино-цитоз (диаметр эндосом - 70-100 нм).

Фагоцитоз (от греч. phagein - поедать и cytos - клетка) - захват и поглощение клеткой плотных, обычно крупных (размером более 1 мкм) частиц; обычно сопровождается образованием выпячиваний ци­топлазмы - псевдоподий, охватывающих объект фагоцитоза и смыкаю­щихся над ним (см. рис. 3-3).

Рецепторно-опосредованный эндоцитоз. Эффективность эндоци-тоза существенно увеличивается, если он опосредован мембранными ре­цепторами, которые связываются с молекулами поглощаемого вещества или молекулами, находящимися на поверхности фагоцитируемого объ­екта - лигандами (от лат. ligare - связывать). В дальнейшем (после по­глощения вещества) комплекс рецептор-лиганд расщепляется, и рецеп­торы могут вновь возвратиться в плазмолемму.

Примером рецепторно-опосредованного взаимодействия может слу­жить фагоцитоз лейкоцитом бактерии (см. рис. 7-8). Поскольку на плаз-молемме лейкоцита имеются рецепторы к иммуноглобулинам (антите­лам), скорость фагоцитоза резко возрастает, если поверхность бакте­рии покрыта антителами (опсонинами - от греч. opson - приправа).

Окаймленные пузырьки и ямки. Рецепторы макромолекул в плаз-молемме, перемещаясь латерально по клеточной поверхности, могут, связывая свои лиганды, накапливаться в области формирующихся эндо-цитозных ямок. Очень часто вокруг таких ямок и образующихся из них пузырьков со стороны цитоплазмы собирается сетевидная оболочка из белка клатрина, которая на срезах имеет вид щетинистой каемки (рис. 3-4). В покрытых клатриновой оболочкой (окаймленных) ямках рецепторные белки мембраны вытесняют все остальные; таким образом ямки действуют как приспособления для накопления и сортировки мо­лекул Этим механизмом достигается и значительная экономия в ходе процесса эндоцитоза: для поглощения определенного количества моле­кул литанда требуется значительно меньше пузырьков, чем было бы в случае диффузного распределения комплексов рецептор-лиганд.

Окаймленная ямка достигает своего максимального размера (около 0.3 мкм) в течение 1 мин и превращается в окаймленный пузырек. Его содержимое может подвергаться процессингу лишь после того, как че­рез несколько секунд он утратит клатриновую оболочку. Если она со­храняется, пузырек не способен сливаться с другими структурами (ана­логичными пузырьками, лизосомами), и его содержимое остается неиз­мененным. Окаймленные эндоцитозные пузырьки транспортируют имму­ноглобулины, белки желточных включений (в цитоплазму овоцитов), факторы роста, липопротеины низкой плотности (ЛНП)- Некоторые транспортные мембранные пузырьки в цитоплазме окружены неклат-риновой белковой оболочкой.

о Л о о

Рис. 3-4. Рецепторно-опосредованный эндоцитоз. ПЛ - плазмолемма, Л - ли-ганд, Р - рецепторы, ОЯ - окаймленная ямка, ОП - окаймленный пузырек, КО - клат-риновая оболочка.

Рис. 3-5. Эндоцитоз (1) и экзоцитоз (2). ВКП - внеклеточное пространство, ПЛ - плазмолемма, ЭНП - эндоцитозный пузырек, ЭКП - экзоцитоэный пузырек, ФГБ - фузогенные белки.

Нарушение транспорта ЛНП описанным механизмом при врож­денном наследственном заболевании - семейной гиперхолестеринемии -обусловлено отсутствием или наличием дефектных рецепторов ЛНП, неспособных связывать лиганд или накапливаться в окаймленных ям­ках. При этом поглощение клетками холестерина, поступающего с ЛНП, ослаблено, а его уровни в крови резко повышены, вызывая быс­трое развитие атеросклероза и смерть больных в молодом возрасте от ишемической болезни сердца.

Экзоцитоз (от греч. ехо - наружу и cytos - клетка) - процесс, об­ратный эндоцитозу, при котором мембранные экзоцитозные пузырьки приближаются к плазмолемме и сливаются с ней своей мембраной, ко­торая встраивается в плазмолемму. При этом содержимое пузырьков (продукты собственного синтеза клетки или транспортируемые ею мо­лекулы, непереваренные и вредные вещества и др.) выделяется во вне­клеточное пространство (см. рис. 3-5).

Судьба выделяемых экзоцитозом синтезированных клеткой молекул неодинакова: (1) прикрепляясь к клеточной поверхности, они могут ста­новиться периферическими белками (например, антигенами); (2) они мо­гут войти в состав межклеточного вещества (например, коллаген и гликозаминогликаны; (3) попадая во внеклеточную жидкость, они мо­гут выполнять роль сигнальных молекул (гормоны, цитокины).

Трансцитоз (от лат. trans - сквозь, через и греч. cytos - клетка) процесс, характерный для некоторых типов клеток, объединяющий при­знаки эндоцитоза и экзоцитоза. На одной поверхности клетки форми­руется эндоцитозный пузырек, который переносится к противополож­ной поверхности клетки и, становясь экзоцитозным пузырьком, выделя­ет свое содержимое во внеклеточное пространство. Процессы трансци-тоза протекают очень активно в цитоплазме плоских клеток, выстилаю­щих сосуды (эндотелиоцитах), особенно в капиллярах. В этих клетках пузырьки, сливаясь, могут образовывать временные трансцеллюлярные каналы, через которые транспортируются водорастворимые молекулы.

Ход образования эндоцитозных пузырьков опосредуется особыми (фузогенными - от лат. fusio - слияние) мембранными белками, которые концентрируются в участках инвагинации плазмолеммы. Эти же белки при экзоцитозе способствуют слиянию мембраны пузырька с плазмолем-мой (см. рис. 3-5). Важную роль в процессах эндоцитоза и экзоцитоза играют элементы цитоскелета, в частности, микрофиламенты и микро­трубочки (см. ниже).

Баланс процессов эндоцитоза и экзоцитоза. Эндоцитоз вслед­ствие постоянной отшнуровки пузырьков с поверхности плазмолеммы должен приводить к уменьшению ее площади при одновременном увели­чении объема клетки. Так, например, в макрофагах за 1 ч за счет эндо­цитоза вносится до 25% объема цитоплазмы, а за 0.5 ч общая площадь поверхности эндоцитозных пузырьков составляет 100% площади плаз­молеммы. При экзоцитозе, напротив, постоянно происходит увеличение площади плазмолеммы вследствие встраивания в нее мембраны экзоци-тозных пузырьков. Так, в секреторной клетке ацинуса поджелудочной железы совокупная площадь мембраны секреторных гранул в 30 раз больше, чем поверхность плазмолеммы.

Вместе с тем, в действительности, активные процессы эндоцитоза и экзоцитоза не приводят к существенным изменениям площади поверх­ности плазмолеммы, так как они уравновешиваются формированием экзоцитозных и эндоцитозных пузырьков, соответственно, компенсиру­ющим происходящую потерю мембраны или ее увеличение за счет про­тивоположно направленного процесса. Эти явления отражают постоян­но происходящий в клетке круговорот мембран, который получил наз­вание "мембранного конвейера".

Мембранные рецепторы являются преимущественно гликопроте-инами, которые расположены на поверхности плазмолеммы клеток и обладают способностью высокоспецифически связываться со своими лигандами. Они выполняют ряд функций:

(1) регулируют проницаемость плазмолеммы, изменяя конформа- цию белков и ионных каналов;

(2) регулируют поступление некоторых молекул в клетку;

3. действуют как датчики, превращая внеклеточные сигналы во внутриклеточные;

4. связывают молекулы внеклеточного матрикса с цитоскеле-том; эти рецепторы, называемые интегринами, играют важную роль в формировании контактов между клетками и клеткой и компонентами межклеточного вещества.

Рецепторы, связанные с каналами, взаимодействуют с сигнальной молекулой (нейромедиатора), которая временно открывает или закры­вает воротный механизм, в результате чего инициируется или блокиру­ется транспорт ионов через канал.

Каталитические рецепторы включают внеклеточную часть (соб­ственно рецептор) и цитоплазматическую часть, которая функциони­рует как протеинкиназа (посредством таких рецепторов на клетки воз­действуют инсулин и некоторые факторы роста).

Рецепторы, связанные с G-белками - трансмембранные белки, ас­социированные с ионным каналом или ферментом, - состоят из рецеп­тора, взаимодействующего с сигнальной молекулой (первый посредник), и G-белка (гуанозин трифосфат-связывающего регуляторного белка), включающего несколько компонентов), который передает сигнал на связанный с мембраной фермент (аденилат циклазу) или ионный канал, вследствие чего активируется второй внутриклеточный посредник - ча­ще всего циклический АМФ (цАМФ) или Са²+. Около 80% всех гормо­нов и нейромедиаторов действуют через рецепторы, связанные с эффек-торными механизмами посредством G-белков.

В составе плазмолеммы находятся интегрины, называемые клеточ­ными адгезионными молекулами (KAM) - трансмембранные белки, слу­жащие рецепторами для внеклеточных фибриллярных макромолекул фибронектина и ламинина (см. рис. 10-9). Фибронектин связывается с клетками и молекулами внеклеточного матрикса (коллагеном, гепари­ном, фибрином). Таким образом, фибронектин играет роль адгезион­ного мостика между клеткой и компонентами межклеточного вещества. Между тем, внутриклеточная часть молекулы интегрина через ряд дру-их белков (талин, винкулин и а-актинин) связана с цитоскелетом.

Поверхностный аппарат клетки выделяется некоторыми автора­ми, которые рассматривают его как структурно и функционально еди­ное образование, состоящее из трех компонентов: (1) надмембранного комплекса (гликокаликса), (2) плазмолеммы и (3) подмембранного ком­плекса (см. рис. 3-17). Первые два компонента описаны выше. Подмем-бранный комплекс образован специализированной периферической час­тью цитоплазмы, прилежащей к плазмолемме (кортикальный слой) и со­держащей элементы цитоскелета (см. ниже), преимущественно акти-новые микрофиламенты. Более глубоко располагаются промежуточные филаменты и микротрубочки. Благодаря сокращению сети микрофила-ментов, связанных с белками плазмолеммы, происходят изменения фор­мы клетки и ее отдельных участков, формирование псевдоподий, вырос­тов, перемещение клетки в пространстве.

СИНТЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ КЛЕТКИ

Синтетический аппарат клетки включает органеллы, участвую­щие в синтезе различных веществ, которые могут в дальнейшем исполь­зоваться самой клеткой или выделяться ею во внеклеточное пространст­во. Деятельность синтетического аппарата клетки, располагающегося в ее цитоплазме, контролируется ядром благодаря активности находя­щихся в нем генов. В синтетический аппарат входят рибосомы, эндо-плазматическая сеть (ЭПС) и комплекс Гольджи.

Рибосомы

Рибосомы - мелкие (диаметр - 15-30 нм) плотные немембранные органеллы, обеспечивающие синтез белка путем соединения аминокис­лот в попипептидные цепочки. Информация о синтезе приносится к ри­босомами информационной РНК (иРНК), которая образуется в ядре в ходе считывания (транскрипции) фрагментов генетической информа­ции с ДНК. Синтетически активная клетка содержит несколько миллио­нов рибосом (например, в клетке печени их число составляет 10⁷), на которые приходится около 5% ее сухой массы.

Каждая рибосома состоит из двух асимметричных субъединиц: ма­лой, связывающей РНК, и большой, катализирующей образование пеп­тидных цепей (рис. 3-6). По форме малая субъединица напоминает теле­фонную трубку, большая - ковш. Субъединицы образованы рибосомалъ-ными РНК (рРНК), на которые приходится около 50% их массы, и осо­быми белками (до 80 различных видов). Первые образуются в ядрышке, белки же синтезируются в цитоплазме, после чего транспортируются в ядро, где связываются с рРНК. В дальнейшем субъединицы поотдель-ности через ядерные поры направляются из ядра в цитоплазму, где они участвуют в синтезе белка.

Рис. 3-6. Синтез белка на полирибосоме. Молекула синтезируемого полипеп­тида (ПП) удлиняется по мере движения рибосом (Р), образующих полирибосому, по иРНК (направление показано стрелкой). По завершении синтеза ПП отделяется от Р, которые диссоциирует на две субъединицы - малую (МС) и большую (БС).

Рибосомы могут встречаться в цитоплазме поодиночке (в этом слу­чае они функционально неактивны) или формировать скопления, кото­рые называются полирибосомами (полисомами). В последних отдельные рибосомы (в количестве 3-30) удерживаются общей нитью иРНК толщи­ной 1.5 нм (см. рис. 3-6). Информация, переносимая иРНК, кодирует последовательность аминокислот в белке соответствующей последова­тельностью нуклеотидов. Рибосомы переводят (транслируют) эту гене­тическую информацию в реальную последовательность аминокислот в ходе белкового синтеза.

Функционально неактивные (нетранслирующие) рибосомы постоян­но обмениваются своими субъединицами; их сборка происходит в нача­ле синтеза белка, а по завершении синтеза одного полипептида они вновь обратимо диссоциируют.

Синтез белка рибосомой (см. рис. 3-6) начинается со связывания малой субъединицы с участком иРНК; далее рибосома передвигается вдоль цепи иРНК, причем на каждом этапе происходит специфическое присоединение к рибосоме молекулы транспортной РНК (тРНК), ан-тикодон которой комплементарен соответствующему кодону иРНК. В полипептид включается около 20 аминокислот в 1 секунду; белковая молекула среднего размера синтезируется за 20-60 с. Когда образование белковой цепочки завершается, субъединицы диссоциируют, освобожда­ясь от иРНК. Пока продолжается синтез белка данной рибосомой, но­вая рибосома занимает освобождающееся на иРНК место. По этой при­чине активно транслируемая иРНК находится в полисомах. Средняя продолжительность существования синтезированной белковой молекулы варьирует от нескольких минут до нескольких месяцев и даже лет, сос­тавляя в среднем около 2 сут.

Белки, которые после синтеза остаются в гиалоплазме (цитоплазма-тическом матриксе) клетки и далее используются ею, обычно синтези­руются на свободных полисомах. Полисомы, которые своими большими субъединицами прикреплены к мембранам ЭПС, синтезируют белки, накапливающиеся в просвете цистерн ЭПС и в дальнейшем либо секре-тируемые клеткой, либо запасаемые ею внутри гранул (например, лизо-сомальные ферменты). На полисомах, связанных с мембранами ЭПС, синтезируется также большая часть интегральных мембранных белков. Будет ли белок синтезироваться на ЭПС или на свободных полисомах, зависит от характера начально образуемого отдела полипептидной цепи (сигнальной последовательности или пептида).

Присутствие значительного числа рибосом в цитоплазме клеток, активно синтезирующих белок, придает ей при исследовании на свето-оптическом уровне базофилию.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - органелла, обеспечивающая синтез углеводов, липидов и белков, а также начальные посттранс­ляционные изменения последних. Она имеет мембранное строение и со­стоит из системы уплощенных, удлиненных, трубчатых и везикулярных образований. Название органеллы обусловлено характером связи этих элементов друг с другом, образующих в цитоплазме непрерывную трех­мерную сеть, элементы которой лишь на отдельных срезах могут иметь вид изолированных структур. Мембрана ЭПС тоньше, чем плазмолемма и содержит более высокую концентрацию белка, что связано с наличи­