2.2. Процессы в комплексе Гольджи

2.2.1. Структура и функции комплекса Гольджи

Основная часть комплекса Гольджи (рис. 2.5) - это скопление плоских мембранных цистерн, лежащих параллельно друг другу. Каждое такое скопление называется диктиосомой. В клетке может быть много диктиосом, соединенных друг с другом цистернами и трубочками.

В непосредственной близости от диктиосомы обычно находится множество мембранных пузырьков.

Одни из них перемещаются от ЭПС к комплексу Гольджи.

При этом обращенная сюда (к ЭПС) сторона диктиосомы называется проксимальной, или цис-полюсом.

Рис. 2.5. Комплекс Гольджи и его связь с ЭПС

От противоположной же стороны диктиосомы отшнуровываются другие пузырьки. Одни из них содержат гидролитические ферменты и представляют собой первичные лизосомы. Прочие пузырьки транспортируют «экспортные» и (или) мембранные белки; они перемещаются к плазмолемме и затем сливаются с ней.

Соответствующая сторона диктиосомы (от которой отделяются пузырьки с готовыми белковыми продуктами) называется дистальной, или транс-полюсом.

Таким образом, в диктиосоме созревающие белки постепенно перемещаются от проксимальной части к дистальной.

В комплексе Гольджи с белками продолжаются два уже знакомых процесса: их модификация и сортировка.

Важной составной частью модификации является специфическая для каждого вида белков перестройка углеводного компонента. После того как в ЭПС белки приобретали одинаковое олигосахаридное ядро, в аппарате Гольджи это ядро подвергается различным изменениям.

Так, почти всегда удаляются последний остаток глюкозы и несколько остатков маннозы. Для некоторых белков на этом перестройка и заканчивается.

В других случаях к определенным местам «ядра» присоедняются те или иные дополнительные остатки — галактозы (и ее производных), нейраминовой кислоты (или такой ее производной, как сиаловая кислота) и т. д.

Кроме того, иногда путем О-гликозилирования формируются новые олигосахаридные ветви.

Все это делает еще более индивидуальным и неповторимым «облик» созревающего белка, что имеет важные последствия — в частности, облегчает сортировку белков.

2.2.2. Сортировка белков

Рассмотрим процесс сортировки для различных видов белков:

1. Белки ЭПС. При отшнуровывании пузырька от цистерны ЭПС в нем случайно могут оказаться и такие белки, местом «службы» которых является ЭПС. Это, например, ферменты фолдинга (фолдазы), шапероны, ферменты N-гликозилирования и гидроксилирования.

Очевидно, такие белки должны вернуться из аппарата Гольджи обратно в ЭПС. Оказалось, они имеют сходную последовательность из 4-х аминокислотных остатков:

-Лиз – Асп – Глу – Лей -

По ней белки опознаются и собираются в специальные пузырьки, возвращающиеся в ЭПС.

2. Ферменты лизосом. По какому признаку узнаются в аппарате Гольджи формирующиеся белки лизомом, пока неизвестно. Скорее всего, таким маркером тоже служит какая-нибудь аминокислотная последовательность.

Но после «опознания» этих белков происходит их дополнительное «мечение» — с помощью специфической модификации, олигосахаридного компонента. А именно фосфорилируется один из остатков маннозы.

На внутренней поверхности мембраны аппарата Гольджи в некоторых местах имеются рецепторы к маннозофосфату. Поэтому здесь собираются лизосомальные ферменты, и их взаимодействие с рецепторами, видимо, является стимулом к началу образования и отпочковывания пузырька (рис. 2.6).

В мембране, помимо рецепторов, есть также протонные насосы, создающие внутри будущих лизосом кислую среду. Снижение рН в пузырьках приводит к диссоциации лизосомальных ферментов от рецепторов. После чего рецепторы группируются в кластеры и удаляются из лизосомы в составе мелких пузырьков, чтобы вернуться в аппарат Гольджи для «улавливания» очередных лизосомальных ферментов.

3. Мембранные белки. Будущие инте-гральные белки мембран, видимо, отсортировываются еще в процессе трансляции. Полагают, что они не протягиваются полностью через пору в мембране ЭПС, а так и остаются фиксированными в данной мембране (рис. 2.7).

Э то происходит благодаря наличию протяженного гидрофобного участка в средней части полипептидной цепи. По окончании трансляции и отщепления СП (сигнальной последовательности) N-конец такой цепи оказывается в просвете ЭПС, а С-конец — на цитоплазматической поверхности.

В более сложных случаях после отщепления первой СП в белке как с N-, так и с С-конца могут обнаруживаться и другие СП, протягивающие соответствующий конец через мембрану. Тогда пептидная цепь не один, а несколько раз «прошивает» мембрану. И может получиться так, что N-конец находится на ее цитоплазматической поверхности, а С-конец — в просвете ЭПС или что оба конца — на какой-нибудь одной поверхности мембраны.

Затем эти белки (вместе с окружающим участком мембраны) последовательно оказываются:

- в стенке транспортного пузырька, перемещающегося от ЭПС к аппарату Гольджи;

- в мембране цистерн этого аппарата;

- в стенке транспортного пузырька, перемещающегося к плазматической (или иной) мембране и сливающегося с ней.

Так, в конце концов, мембранные белки достигают места своего назначения.

При этом все время сохраняется полярность мембран и ориентация в них интегральных белков. Например, внутренняя поверхность мембран ЭПС, аппарата Гольджи, пузырьков и лизосом соответствует по полярности внешней поверхности плазматической мембраны. С учетом этого и происходит формирование пузырьков из одних мембран и последующее слияние пузырьков с другими мембранами.

Вместе со встраиванием в мембрану ЭПС новых белков происходит включение в нее и новых липидных молекул. Это приводит к увеличению площади мембраны, что и создает ее избыток, необходимый для отшнуровывания части мембраны в вики.