Литература БФХ / molekuljarnaja biologija kletki v2

51

Рис. 8-49. Так как восстанавливающие агенты, такие, как трипептид глутатион и маленький белок тиоредоксин, присутствуют в высоких концентрациях в цитозоле и отсутствуют в просвете таких органелл, как ЭР, дисульфидные связи могут образовываться в просвете ЭР, но

не в цитозоле. Глутатион и тиоредоксин сохраняются в цитозоле в сильно восстановленной форме при помощи ферментов, которые переносят электроны от NADPH, превращая образующиеся дисульфидные связи в цистеины. Представленная здесь трехмерная структура тиоредоксина Е. coli была определена в ходе рентгено-структурного анализа. Она содержит два близко расположенных цистеина, показанных здесь связанными дисульфидной связью.

Известно, что время, которое белок проводит в ЭР перед тем, как попасть в аппарат Гольджи, сильно варьирует. Вероятно, эти различия в большой степени зависят от того, как долго данный белок отделяется от преципитата (переходит в растворимое состояние) и свертывается.

В полости ЭР содержится большое количество связывающего белка (ВіР), который, по-видимому, узнает неправильно свернутые белки, связываясь с их наружными гидрофобными участками. На карбоксильном конце молекулы ВіР имеется сигнальный пептид из четырех аминокислот, благодаря которому белок остается в ЭР (см. табл. 8-3). Существует гипотеза, согласно которой ВІР способствует тому, что неправильно свернутые белки остаются в ЭР (и, следовательно, не попадают в аппарат Гольджи). Возможно, также, что ВіР является одним из катализаторов сворачивания белков. Показано, что этот белок связывает АТР и структурно родствен белкам теплового шока, которые участвуют в импорте белков.

8.6.11. Дисульфидизомераза способствует образованию в полости ЭР правильных дисульфидных связей [42]

В цитозоле содержится смесь восстанавливающих агентов, содержащих SH-группы. Эти вещества предотвращают образование —S—S- мостиков (дисульфидных связей), поддерживая остатки цистеина в цитозоль-ных белках в восстановленной (—SH) форме (рис. 8-49). В полости ЭР таких восстанавливающих агентов нет, и поэтому —S—S-мостики там образуются. При обилии сворачивающихся белков этот процесс, повидимому, иногда идег неправильно. В полости ЭР имеется фермент, помогающий исправлять такие ошибки. Дисульфидизомераза - это белок, который в большом количестве содержится в полости ЭР и прикреплен к внутренней стороне его мембраны. Он имеет тот же сигнал удержания в ЭР, что и ВіР. Механизм действия дисульфидизомеразы состоит в том, что разрезая S—S-связи, она дает белку возможность быстро поменять множество конформаций, пока не будет достигнута конформация с наименьшей общей свободной энергией (рис. 8.50). На этом этапе вновь синтезированный белок сворачивается правильно. Правильная конформация может быть выбрана и случайно, но Дисульфидизомераза значительно ускоряет процесс поиска.

Рис. 8-50. В просвете ЭР фермент дисулъфидизомераза белков многократно разрезает -S-S-связи внутри полипептидной цепи, до тех пор, пока не будет достигнуто их расположение, обладающее минимальной общей свободной энергией. В этих условиях белок сворачивается правильно.

Таким образом фермент облегчает сворачивание вновь синтезированных белков, которые попадают в ЭР.

52

8.6.12. Большинство белков, синтезированных в шероховатом ЭР, гликозилированы с помощью N-связанного олигосахарида [43]

Одна из главных функций ЭР - ковалентное присоединение Сахаров к белкам. Большинство белков, поступивших в полость ЭР, перед тем, как попасть в аппарат Гольджи, лизосомы, плазматическую мембрану или внеклеточное пространство, становятся гликопротеинами (рис. 8-51). Напротив, в цитозоле очень немногие белки гликозилированы, а те, которые гликозилированы, несут различные модификации Сахаров (см, разд. 8.2.2).

Весьма существенным для понимания процесса гликозилирования белков было открытие того факта, что к белкам в ЭР присоединяется всего лишь один олигосахарид, состоящий из N-ацетилгликозамина, маннозы и глюкозы и содержащий всего 14 остатков. Так как этот олигосахарид всегда присоединяется к NН2-группе боковой цепи остатка аспарагина, его называют N-связанным или аспарагин-связанным (рис. 8- 52). Присоединение катализируется связанным с мембраной ферментом, активный центр которого обращен в полость ЭР. Это объясняет, почему белки цитозоля не гликозилируются таким способом, Заранее сформированный предшественник олигосахарида переносится целиком к нужному остатку аспарагина. Это одностадийная реакция, и она происходит практически сразу после того, как остаток аспарагина появится в полости ЭР в процессе переноса белка через мембрану (рис. 8-53). Поскольку большинство белков импортируется в ЭР котрансляционно, N-связанный олигосахарид почти всегда добавляется в процессе синтеза белка, что обеспечивает наилучший доступ к нужным остаткам аспарагина. Сигналами для N-гликозилирования служат две последовательности Asn-X-Ser или Asn-X-Thr (где Х - любая аминокислота, кроме пролина). Они встречаются а гликопротеинах гораздо реже, чем в негликозилированных белках цитозоля. Очевидно, что давление отбора было направлено против этих последовательностей, возможно потому, что гликозилирование в слишком многих участках могло бы помешать сворачиванию белка.

Один осахарид-предшественник удерживается в мембране ЭР молекулой специального липида-долихола. Олигосахарид связан с долихолом высокоэнергетической фосфатной связью, обеспечивающей энергию активации для реакции гликозилирования. Прежде чем присоединиться к белку, олигосахарид строится из моносахаридов на этой связанной с мембраной молекуле липида. Вначале сахара активируются

Рис. 8-51. Трехмерная структура мембранного гликопротеина-гемагглютинина вируса гриппа, показывающая расположение в нем ковалентно присоединенных олигосахаридов (выделенные темным атомы). Гликопротеины либо встраиваются в клеточные мембраны, либо

выводятся из клеток при секреции; они могут содержать от 1 до 85% углеводов по весу. Некоторые богатые углеводами гликопротеины содержат десятки или даже сотни присоединенных олигосахаридных цепей на молекулу. Пронизывающие мембрану участки этого белка вирусной оболочки, состоящие из трех идентичных полипептидных цепей, могут служить основанием представленной здесь структуры. Они не изображены на рисунке, т. к. этот участок белка отрезается при приготовлении образца для рентгено-структурного анализа. (Фотографию любезно предоставил Richard J.

Feldmann.)

53

вцитозоле путем образования промежуточных продуктов - нуклеотид-сахаров, которые затем (прямо или косвенно) передают свой сахар молекуле липида в определенной последовательности. Пройдя этот путь, предшественник олигосахарида перескакивает с цитозольной стороны мембраны ЭР

вего полость (рис. 8-54). Долихол - это длинная и очень сильно гидрофобная молекула; ее 22 пятиуглеродных остатка могут пронизывать липидный бислой более трех раз, поэтому присоединенный олигосахарид прочно «заякорен» в мембране.

Все разнообразие N-связанных олигосахаридных структур возникает в результате модификаций молекулы исходного предшественника. Еще в ЭР у большинства гликопротеинов от олигосахарида отщепляется три остатка глюкозы и один остаток маннозы (см. рис. 8-63). «Доделка» или «процессинг» олигосахарида продолжается в аппарате Гольджи (см. разд. 8.7.1).

Наиболее широко распространены в гликопротеинах N-связанные олигосахариды. Гораздо реже олигосахариды связываются с гидроксильной группой боковой цепи остатка серина, треонина или гидроксилизина. Такие О-связанные олигосахариды образуются в аппарате Гольджи способом, который еще полностью не изучен (см. разд. 8.7.4).

8.6.13.У некоторых трансмембранных белков вскоре после их поступления в ЭР С-концевой трансмембранный участок обменивается на ковалентно связанный фосфолипид инозитол [44]

Как обсуждалось ранее, некоторые ферменты цитозоля катализируют ковалентное присоединение к определенным белкам единичной жирной кислоты (см. разд. 8.2.3). Недавно было обнаружено, что сходный процесс имеет место и в ЭР: карбоксильный конец некоторых белков плазматической мембраны с помощью специфических ферментов ковалентно присоединяется к остатку сахара в гликолипиде. Механизм образования этой связи представлен на рис. 8-55. Установлено, что при этом к белку добавляется гликозилированная молекула фосфатидилинозитола, содержащая две жирных кислоты. Такая модификация обнаружена для большого числа белков плазматической мембраны, включая одну из форм адгезивного белка нейронов и главный белок оболочки трипаносомы. Поскольку оба эти белки связаны с плазматической мембраной только указанным выше способом, в принципе они могут отделяться от клетки в растворимой форме в ответ на сигнал, активирующий специфическую фосфолипазу в плазматической мембране, однако до сих пор подтвердить эту гипотезу экспериментально не удалось.

8.6.14. Большая часть липидных бислоев мембран собирается в ЭР [45]

В мембране ЭР образуются почти все липиды, необходимые для построения новых клеточных мембран, включая фосфолипиды и холестерол. Основной синтезируемый фосфолипид - это фосфатидилхолин (называемый еще лецитином), который может образовываться в три этапа из двух жирных кислот, глицерофосфата и холина (рис. 8-56). Каждый этап катализируется в мембране ЭР ферментами, активные центры которых обращены в цитозоль (именно там находятся все необходимые метаболиты). На первом этапе ацилтрансфераза добавляет к глицерофосфату две жирных кислоты с образованием фосфатидиловой кислоты, соединения достаточно гидрофобного, чтобы остаться после синтеза в липидном бислое. Именно на этом этапе липидный бислой увеличи-

Рис. 8-52. Структура связанного с аспарагином олигосахарида, который добавляется к большинству белков на внутренней стороне мембраны ЭР. Сахара, выделенные цветом, образуют «сердцевину», или кор, этого олигосахарида. Во многих гликопротеинах после разнообразной

«доделки» олигосахарида в аппарате Гольджи в нем остаются от первоначальной структуры только сахара, составляющие кор (см. рис. 8-63). Обратите внимание, что аспарагин находится в последовательности Asp-X-Ser или Asp-X-Thr, где X может быть любой аминокислотой, кроме пролина.

54

Рис. 8-53. N-связанное гликозилирование белков в ЭР. Почти тотчас после того, как полипептидная цепь попадает в просвет ЭР, она гликозилируется по доступным остаткам аспарагина. Олигосахарид, показанный на рис. 8-52, переносится к аспарагину как целая единица; эту

реакцию катализирует связанный с мембраной фермент гликозил-трансфераза.

Рис. 8-54. Синтез липид-связанного олигосахарида, который переносится к остаткам аспарагина на внутренней стороне мембраны ЭР. Этот олигосахарид собирается сахар за сахаром на каркасе из молекулы липида долихола (полиизопреноид-см. схему 2-4). Первый сахар присоединяется к долихолу пирофосфатным мостиком. Эта высокоэнергетическая связь затем активирует олигосахарид для переноса его от

молекулы липида к боковой цепи аспарагина. Синтез олигосахарида начинается на цитозольной стороне мембраны ЭР. После того, как промежуточный продукт -липид-MansGlcNAc2 «перепрыгнет» через мембрану, синтез продолжается на внутренней ее стороне. Сокращения: GlcN Ac-N-ацетил глюкозамин, Man -манноза, Glcглюкоза.

55

Рис. 8-55. Синтез белков, связанных с мембраной при помощи «якоря» из фосфатидилинозитола. Сразу после завершения синтеза белок остается связанным с мембраной только своим гидрофобным С-концом, состоящим из 15-20 аминокислот, а остальная часть молекулы находится в просвете ЭР. Меньше чем через минуту фермент в ЭР отрезает белок от его мембранной С-концевой части, и одновременно новый карбоксильный

конец присоединяется к образовавшемуся ранее интермедиату -гликозилфосфатидилинозитолу. За счет этого ковалентно присоединенного липидного якоря белок остается связанным с мембраной. Все его аминокислоты находятся на внутренней стороне мембраны ЭР, а если белок будет транспортирован к плазматической мембране, они окажутся обращенными во внеклеточное пространство. Точная структура этого гликолипидного головного участка неизвестна.

вается. На последующих стадиях формируется «голова» вновь образованной молекулы липида и, следовательно, химическая природа бислоя, но роста мембраны по объему при этом не происходит (см. рис. 8-56). Все основные фосфолипиды мембраны - фосфатидилхолин (ФХ), фосфатидилэтаноламин (ФЭ), фосфатидилсерин (ФС) и фосфатидилинозитол (ФИ) - синтезируются таким способом.

Как исходное образование фосфатидиловой кислоты, так и ее последующие модификации с формированием различных типов молекул фосфолипидов происходят в той половине липидного бислоя ЭР, которая обращена к цитозолю. Этот процесс мог бы в конце концов превратить липидный бислой в монослой, если бы не существовало механизма для переноса части вновь образованных молекул фосфолипидов в другую половину бислоя ЭР. В искусственных липидных бислоях липиды не совершают таких «флип-флоп»-переходов. В ЭР же количество фосфолипидов выравнивается с двух сторон мембраны за минуты, что почти в 100000 раз быстрее, чем скорость, рассчитанная для спонтанного «флип-флопа». Полагают, что столь быстрое перемещение поперек бислоя происходит при участии транслокаторов фосфолипидов, которые специфичны для каждого их типа (в зависимости от головной группы). По-видимому, в мембране ЭР имеется транслокатор («флип-паза»), который способен переносить холин-содержащие фосфолипиды (но не этаноламин-, серинили инозитол-содержащие) из одной половины бислоя в другую. Это означает, что ФХ достигает внутренней поверхности бислоя гораздо легче, чем ФЭ, ФС или ФИ. Таким образом транслокатор отвечает за асимметричное расположение липидов в бислое (рис. 8-57).

Известно, что в ЭР образуются также холестерол и церамид. Церамид экспортируется в аппарат Гольджи, где он служит предшественником двух типов липидов: к одним молекулам церамида присоединяются олигосахаридные цепи с образованием гликосфинголипидов, а к другим - головная фосфохолиновая группа от фосфатидилхолина, и получается сфингомиелин. Таким образом, и гликолипиды, и сфингомиелин в процессе формирования мембран образуются сравнительно поздно. Расположены они исключительно в нецитозольной половине липидного бислоя, поскольку именно там находятся синтезирующие их ферменты.

56

Рис. 8-56. Синтез фосфолипидов протекает на цитоплазматической стороне мембраны ЭР. Каждый фермент, участвующий в этом синтезе, представляет собой интегральный мембранный белок ЭР, активный центр которого обращен к цитозолю. В цитозоле есть все соединения, необходимые для сборки фосфолипидов. В процессе, изображенном здесь, из комплекса жирная кислота - кофермент А, глицерол-3-фосфата и

цитидиндифосфохолина образуется фосфатидилхолин (CDF-холин).

Рис. 8-57. Рост обеих половин липидного бислоя мембраны ЭР требует каталитического «флиппинга» молекул фосфолипидов из одного монослоя в другой. Так как новые молекулы липидов добавляются только к цитоплазматическому монослою и липиды не перескакивают из одного

монослоя в другой спонтанно, требуются связанные с мембраной переносчики фосфолипидов («флиппазы»), чтобы переносить определенные молекулы липидов во внутренний слой мембраны. В результате мембрана растет равномерно, как бислой. Поскольку эти ферменты избирательно узнают и переносят только некоторые типы липидов, в ЭР образуется асимметричный бислой. В частности, внутренний слой (из которого образуется внешняя половина бислоя плазматической мембраны) обогащен фосфатидилхолином.

57

8-29

8.6.15. Белки-переносчики фосфолипидов могут доставлять их из ЭР в митохондрии и пероксисомы [46]

Плазматическая мембрана, мембраны аппарата Гольджи и лизосом - это части мембранной системы, связанной с ЭР с помощью транспортных пузырьков, поставляющих в нее и белки, и липиды. Митохондрии и пероксисомы не принадлежат к этой системе и нуждаются в других механизмах для импорта белков и липидов мембран. Мы уже убедились в том, что большинство белков этих органелл доставляется из цитозоля посттрансляционно. Хотя некоторые липиды модифицируются в митохондриях, сами митохондрии все равно должны получить их либо прямо из ЭР, где они синтезируются, либо через другие клеточные мембраны.

В экспериментах in vitro было показано, что специальные водорастворимые белки обладают способностью переносить индивидуальные молекулы фосфолипидов от одной мембраны к другой. Эти белки называют белками-переносчиками фосфолипидов (или белками, обменивающими фосфолипиды). Перенос между мембранами осуществляется так: белок «экстрагирует» молекулу фосфолипида из мембраны и отсоединяется от нее, неся в участке связывания прикрепленный липид. Когда этот белок достигает другой мембраны, он стремится «выгрузить» связанную молекулу липида в новый липидный бислой (рис. 8-58). Предполагают, что таким способом переносится в митохондрии фосфатидилсерин, затем он декарбоксилируется, образуя фосфатидилэтаноламин; фосфатидилхолин, по всей вероятности, импортируется в виде интактной молекулы.

Белки-переносчики распределяют фосфолипиды между органеллами случайным образом. В принципе, такой случайный обмен может приводить к транспорту липидов из мембраны, богатой липидами, к мембране, обедненной ими, при этом молекулы фосфатидилхолина и фосфатидилсерина переносились бы из ЭР, где они синтезируются, в мембрану митохондрий и пероксисом. Возможно, митохондрии и пероксисомы являются единственными в цитоплазме «обедненными липидами» органеллами, и такого «случайного» переноса достаточно, хотя наличие специфических механизмов переноса фосфолипидов в эти органеллы тоже вполне реально.

Заключение

ЭР служит фабрикой для производства белковых и липидных компонентов многих органелл. Его обширная мембрана содержит множество ферментов биосинтеза. Среди них те, которые ответственны за синтез почти всех клеточных липидов и за присоединение N-связанного олигосахарида к множеству белков. Вновь синтезированные белки, предназначенные как для секреции, так и для самого ЭР, аппарата Голъджи, лизосом и плазматической мембраны, сначала должны поступить из цитозоля в ЭР. В ЭР переносятся только те белки, которые имеют специфические гидрофобные сигнальные пептиды. Сигнальный пептид узнается сигнал-распознающей частицей (SRP), которая связывает новую цепь белка и рибосому и направляет их к белку-рецептору на поверхности мембраны ЭР. Это связывание с мембраной запускает АТР-зависимый перенос, при котором петля полипептидной цепи протаскивается через мембрану ЭР.

Растворимые белки, предназначенные для полости ЭР, секреции или для переноса в другие органеллы, целиком проникают в полость ЭР. Трансмембранные белки, предназначенные для мембраны ЭР или других

Рис. 8-58. Растворимые белки-переносчики фосфолипидов могут перераспределять фосфолипиды между мембранными органеллами. Фосфолипиды нерастворимы в воде, поэтому их переходы между мембранами требуют белка-носителя. Эти белки переносят одну молекулу

фосфолипида за один раз, и могут захватывать молекулу липида из одной мембраны и высвобождать ее в другую. Перенос фосфатидилхолина (ФХ) из ЭР к митохондриям в принципе может протекать спонтанно, потому что концентрация ФХ в мембране ЭР (где он синтезируется) высокая, а во внешней митохондриальной мембране -низкая.

58

клеточных мембран, переносятся через мембрану, но не высвобождаются в полость ЭР. Вместо этого они остаются заякоренными в бислое при помощи одного или нескольких пронизывающих мембрану α-спиральных участков полипептидной цепи. Эти гидрофобные участки белка могут выступать в качестве сигнальных пептидов, определяющих начало или конец переноса. Если полипептид содержит множество чередующихся старт- и стоппептидов, он может проходить бислой в противоположных направлениях много раз.

Ассиметрия процессов встраивания белков в мембраны ЭР и их гликозилирования в этих мембранах обеспечивает полярность расположения мембранных белков во всех других органеллах.

8-32

8.7. Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи (называемый также комплексом Гольджи) обычно расположен около клеточного ядра, а в животных клетках он часто находится вблизи центросомы, или клеточного центра. Он состоит из набора окруженных мембраной уплощенных цистерн, напоминающих стопку тарелок. Каждая стопка Гольджи (у растений называемая диктиосомой) обычно содержит от четырех до шести цистерн, имеющих, как правило, диаметр около 1 мкм (рис. 8-59). Число стопок Гольджи в клетке в значительной степени зависит от ее типа: некоторые клетки содержат одну большую стопку, тогда как в других имеются сотни очень маленьких стопок.

Со стопками Гольджи всегда ассоциирована масса мелких (диаметром ≈ 60 нм) ограниченных мембраной пузырьков. Они группируются на стороне, примыкающей к ЭР, а также по периферии стопки вблизи расширенных краев каждой цистерны (см. рис. 8-59). Полагают, что эта

Рис. 8-59. А, Трехмерная структура аппарата Гольджи, реконструированная на основе электронных микрофотографий животной секреторной клетки. Стопки уплощенных цистерн Гольджи имеют расширенные края, от которых, видимо, отпочковываются мелкие пузырьки. Большие секреторные пузырьки образуются из транскомпартмента аппарата Гольджи. Б. Электронная микрофотография поперечного среза аппарата Гольджи в растительной клетке (зеленая водоросль Chlamydomonas). Аппарат Гольджи в растительных клетках обычно более выражен и более четко отделен от других внутриклеточных мембран, по сравнению с клетками животных. (А-по R. V. Krstic, Ultrastructure of the Mammalian

Cell. New York; Springer-Verlag, 1979; Б-с любезного разрешения George Palade.)

59

пузырьки (пузырьки Гольджи) переносят белки и липиды в аппарат Гольджи, транспортируют их из него и между остальными цистернами. Многие пузырьки являются окаймленными и покрыты клатрином или другим специфическим белком. Часто можно видеть, как такие окаймленные пузырьки отшнуровываются от цистерн Гольджи.

Аппарат Гольджи имеет две разные стороны: формирующуюся, или цис-сторону и зрелую, или транс-сторону. Цис-сторона тесно связана с переходными элементами ЭР (см. разд. 8.1.3); транс-сторона расширяется, образуя трубчатый ретикулум, называемый транс-сетью Гольджи. Белки и липиды в составе небольших пузырьков попадают в стопку Гольджи с цис-стороны, а покидают ее, направляясь в различные компартменты, вместе с пузырьками, образующимися на транс-стороне. Переходя из одной стопки Гольджи в другую, эти молекулы претерпевают последовательные серии модификаций.

Аппарат Гольджи развит в секреторных клетках, таких, например, как бокаловидные клетки эпителия кишечника, которые выделяют большое количество слизи. На транс-стороне аппарата Гольджи, обращенной к той части плазматической мембраны, где происходит секреция, образуются необычно большие пузырьки (рис. 8-60).

8-33

8.7.1. В аппарате Гольджи происходит модификация олигосахаридных цепей [48]

Как отмечалось выше, в ЭР к белкам присоединяется N-связанный олигосахарид. Этот олигосахарид претерпевает модификации уже в ЭР (см. разд. 8.6.12). Дальнейшие изменения происходят с ним в аппарате Гольджи.

В зрелых гликопротеинах с остатком аспарагина связаны олигосахариды двух обширных классов: сложные олигосахариды и олигосахариды с высоким содержанием маннозы (рис. 8-61). Иногда к одной и той же полипептидной цепи присоединяются (в разных местах) олигосахариды обоих типов. К олигосахаридам с высоким содержанием маннозы в аппарате Гольджи новые сахара не добавляются. Они содержат два N-ацетилглюкозамина и много остатков маннозы, часто почти столько же, сколько их было у связанного с липидом олигосахаридапредшественника в ЭР. Сложные олигосахариды могут иметь больше, чем два N-ацетилглюкозамина, а также различное число остатков галактозы, сиаловой кислоты и (в некоторых случаях) фукозы. Сиаловая кислота представляет особый интерес, как единственный углеводный остаток в гликопротеинах, несущий отрицательный заряд (см. разд. 6.1.6).

Сложные олигосахариды образуются в результате «доделки» олигосахаридов, присоединенных в ЭР, и добавления дополнительных Сахаров. Таким образом, каждый сложный олигосахарид состоит из сердцевины, или кора, сформированного из исходного N-связанного олигосахарида и (обычно он содержит два N-ацетилглюкозамина и три остатка маннозы) и концевой области, состоящей из варьирующего числа трисахаридов (N-ацетилглюкозамин-галактоза-сиаловая кислота), присоединенных к сердцевинным остаткам маннозы. Иногда концевая область как бы обрезана и содержит только N-ацетилглюкозамин и галактозу или даже один N-ацетилглюкозамин. В некоторых случаях необязательным оказалось и присутствие фукозы, присоединенной к коровому N-ацетилглюкозамину. Все эти сахара, составляющие концевой участок, добавляются в транс-части аппарата Гольджи целым рядом гликозилтрансфераз, которые работают в строго определенной последовательности (рис. 8-62). Субстратом для них служат специфические активиро-

Рис. 8-60. Бокаловидная клетка тонкого кишечника. Эта клетка специализирована для секреции слизи, представляющей собой смесь гликопротеинов и протеогликанов, синтезированных в ЭР и аппарате Гольджи. Аппарат Гольджи сильно поляризован, что облегчает выделение слизи путем экзоцитоза с апикальной поверхности клетки. (По R. Krstic, Illustrated Encyclopedia of Human Histology. New York: Springer-Verlag,

1984.)

60

Рис. 8-61. Примеры двух основных классов связанных с аспарагином (N-связанных) олигосахаридов, обнаруженных в зрелых гликопротеинах: «сложные» олигосахариды (А) и «олигосахариды с высоким содержанием маннозы» (Б). Существует множество вариаций этих структур. Например, показанный здесь сложный олигосахарид имеет три концевых цепи, но часто встречаются также олигосахариды с двумя или

четырьмя концевыми цепями, в зависимости от гликопротеина и от клетки, в которой он образуется. Встречаются также «гибридные» олигосахариды с одной маннозной концевой цепью и одной - с GlcNAc-Gal. Три аминокислоты, выделенные цветом, представляют собой последовательность, которую узнает фермент, добавляющий к белку исходный олигосахарид. Сокращения: Asn-аспарагин; Man-манноза; GlcNAc- N-ацетилглюкозамин; NANA-N-ацетилнейраминовая кислота (сиаловая кислота); Gal -галактоза; Х-любая аминокислота.

ванные нуклеотид-сахара. Они транспортируются в полости аппарата Гольджи при помощи набора связанных с мембраной носителей. Эти же носители выводят нуклеотидные побочные продукты гликозилирования. Одна из описанных гликозилтрансфераз (галактозилтрансфераза) обычно используется для того, чтобы маркировать во фракции мембранных пузырьков, очищенных методом дифференциального центрифугирования, те из них, которые происходят из аппарата Гольджи.

Реакции, в результате которых получаются сложные олигосахариды, происходят по строго упорядоченной схеме, показанной на рис. 8-

63.

Рис. 8-62. Схема последовательного присоединения сахарных остатков. Эти реакции протекают в аппарате Гольджи и приводят к образованию сложных олигосахаридов. На каждом этапе действует одна из трех различных гликозилтрансфераз, использующих в качестве субстратов сахара, активированные за счет связывания их с нуклеотидами. Гликозилирование протекает на внутренней поверхности мембраны.

Сверху показаны структуры нуклеотид-сахаров UDP-ацетилглюкоз-амина, UDP-галактозы и CMP-N-ацетилнейраминовой кислоты. Сокращения см. в подписи к рис. 8-61.