Ченцов. 15-Глава. Гольджи аппараты
 Скачать 20.27 Kb.
|
|
15-глава.Гольджи аппараты 1898 жылы итальян ғалымы К.Гольджи ауыр металдарды (осмий мен күмісті) жасушалық құрылымдармен байланыстыру қасиеттерін қолдана отырып, жүйке жасушаларында торлы түзілістерді анықтады, оны «ішкі торлы аппарат» деп атады (174-сурет). Металдармен бояу әдісін (сіңдіру) одан әрі жетілдіру ретикулярлы құрылымдардың (Гольджи аппараты) кез-келген эукариотты ағзалардың барлық жасушаларында болатындығына көз жеткізді. Әдетте Гольджи аппаратының элементтері (AG) ядроға жақын, жасуша орталығына (центриола) жақын орналасқан. Сіңдіру әдісімен анықталған Гольджи аппараттарының аймақтары кейбір жасушаларда күрделі тораптардың пайда болуына ие болды, оларда жасушалар бір-бірімен байланысқан немесе бір-біріне тәуелсіз (диктиосомалар) жатқан және таяқшалар, дәндер, вогнуты дискілер және т.б. және т.б. (175-сурет). Гольджи аппаратының ретикулярлық және диффузиялық формалары арасында түбегейлі айырмашылық жоқ, өйткені бұл органоид формаларының өзгеруі көбінесе сол жасушаларда байқалады. Гольджи аппараттарының элементтері вакуольдармен жиі байланысты, бұл әсіресе жасушаларды бөлуге тән. ГАның морфологиясы жасуша секрециясының сатыларына байланысты өзгереді, бұл Д.Н. Насонов (1924) гипотезаны ұсынды: AG - бұл әртүрлі жасушаларда заттардың бөлінуі мен жиналуын қамтамасыз ететін органоид. Ұзақ уақыт бойы өсімдік жасушаларында Гольджи аппаратының элементтерін кәдімгі микротехникалық әдістерді анықтау мүмкін болмады. Алайда, электронды микроскопия пайда болған кезде AG элементтері жасушалық периферия бойында орналасқан барлық өсімдік жасушаларында анықталды. Гольджи аппаратының ұсақ құрылымы Электрондық микроскопта Гольджи аппараты шағын ауданда жиналған мембраналық құрылымдармен ұсынылғанын көруге болады (176 және 177-суреттер). Бұл мембраналардың жинақталуының жеке аймағы - диктиосома (178-сурет). Диктиосомада жалпақ мембраналық қапшықтар немесе цистерналар бір-біріне тығыз орналасқан (20-25 нм қашықтықта) стек түрінде орналасқан, олардың арасында гиалоплазманың жұқа қабаттары орналасқан. Әрбір жеке бактың диаметрі шамамен 1 мкм және өзгермелі қалыңдығы бар; оның мембранасының ортасында оларды біріктіруге болады (25 нм), ал периферияда олардың кеңеюі - ампулалар болуы мүмкін, олардың ені тұрақты емес. Стектегі мұндай сөмкелердің саны әдетте 5-10 дан аспайды. Кейбір бір жасушалы организмдерде олардың саны 20-ға жетуі мүмкін, AG аймағында тығыз орналасқан жалпақ цистерналардан басқа, вакуольдер де көп. Шағын вакуольдер негізінен AH аймағының шеткі аймақтарында кездеседі; кейде олардың ампулярлы кеңеюден жазық цистерналардың шеттерінен қалай ажырататыны көрінеді. Диктиосома аймағындағы проксимальды немесе түзілетін цис-учаске мен дистальды немесе жетілген транс-учаскені ажырату әдеттегідей (178-суретті қараңыз). Олардың арасында АГ-нің ортаңғы немесе аралық бөлігі орналасқан. Жасушалардың бөлінуі кезінде AG-нің ретикулярлық формалары еншілес жасушалар арасында пассивті және кездейсоқ бөлінетін диктиосомаларға ыдырайды. Жасушалардың өсуімен диктиосомалардың жалпы саны көбейеді. Бөлінетін жасушаларда AG әдетте поляризацияланады: оның проксимальды бөлігі цитоплазма мен ядроға, ал дистальды бөлігі жасуша бетіне қарайды. Проксимальды аймақта кішігірім тегіс көпіршіктер мен қысқа мембраналық цистерналар аймағы сабақтас цистерналар шоғырларына іргелес. Теріс контрастылы гипертензияға дайындықпен анықталған аймақтардың үлгілерінде мембраналық қуыстардың торлы немесе губкалы жүйесі диктиосоманың проксимальды бөлігімен сабақтасып жатқанын көруге болады. Бұл жүйе ЭПР элементтерінің Гольджи аппараттарының аймағына өту аймағын көрсете алады деп саналады (179-сурет). Диктиосоманың ортасында әр цистернаның перифериясымен бірге диаметрі 50 нм болатын шағын вакуольдар массасы жүреді. Диктиосомалардың дистальды немесе көлденең қимасында соңғы мембраналық жалпақ цистерна құбырлы элементтерден және цитоплазмадан беті бойымен көбінесе фибриллярлы түтікшесі бар шағын вакуольдер массасынан тұратын аймақпен шектеседі - бұлар шекаралы көпіршіктер тәрізді көпіршікті немесе шекаралас, көпіршіктер. пиноцитозбен. Бұл бөлінген өнімдерді бөлу және сұрыптау жүретін транс Гольджи аппараты (TGN). Одан да дистальді түрде үлкен вакуольдер тобы орналасқан - бұл қазірдің өзінде ұсақ вакуольдердің бірігуі мен секреторлық вакуольдердің түзілуінің өнімі. Мегавольтты электронды микроскоптың көмегімен жасушалардың қалың бөліктерін зерттегенде, жасушалардағы жеке диктозомаларды бір-бірімен вакуольдер мен цистерналар жүйесі арқылы байланыстыруға болатындығы анықталды, сондықтан жеңіл микроскопта анықталатын үш өлшемді тор пайда болады. AH диффузиялық түрінде оның әрбір жеке бөлігі диктиосомамен ұсынылған. Өсімдік жасушаларында AH ұйымының диффузиялық түрі басым болады, әдетте орта есеппен бір жасушада 20 диктиосома болады. Жануарлар жасушаларында центриолдар көбінесе Гольджи аппаратының мембраналық аймағымен байланысты; олардан радиалды түрде созылып жатқан микротүтікшелер шоғырларының арасында жасуша орталығын концентрлі түрде қоршап тұрған қабықшалар мен вакуольдер шоғыры бар. Бұл қатынас, мүмкін, микротүтікшелердің вакуоль қозғалысына қатысуын көрсетеді. Гольджи аппаратының секреторлық қызметі AG мембраналық элементтері ЭПР-де синтезделген өнімдерді бөлуге және жинақтауға қатысады, олардың химиялық қайта түзілуіне, жетілуіне қатысады: бұл негізінен гликопротеиндердің олигосахаридті компоненттерінің суда еритін секрециялар құрамындағы немесе мембраналар құрамындағы қайта орналасуы болып табылады (180-сурет). AG цистерналарында полисахаридтердің синтезі жүреді, олардың ақуыздармен байланысы, мукопротеидтердің түзілуіне әкеледі. Бірақ ең бастысы, Гольджи аппараты элементтерінің көмегімен жасушадан тыс дайын құпияларды жою процесі жүреді. Сонымен қатар, AG жасушалық лизосомалардың көзі болып табылады. Ұйқы безінің экзокринді жасушалары мысалында секреторлық өнімдерді шығару процестеріне АГ-ның қатысуы өте жақсы зерттелген. Бұл жасушалар көптеген секреторлық түйіршіктердің болуымен сипатталады (зимоген түйіршіктері), олар ақуыз құрамымен толтырылған мембраналық көпіршіктер. Зимоген түйіршіктерінің ақуыздарына әр түрлі ферменттер кіреді: протеазалар, липазалар, көмірсулар, нуклеазалар. Секреция кезінде осы зимоген түйіршіктерінің құрамы жасушалардан бездің люменіне шығарылады, содан кейін ішек қуысына ағып кетеді. Ұйқы безінің жасушалары арқылы шығарылатын негізгі өнім ақуыз болғандықтан, радиоактивті амин қышқылдарының жасушаның әр түрлі бөліктеріне ену реттілігі зерттелген (181-сурет). Ол үшін жануарларға трититацияланған амин қышқылы (3Н-лейцин) енгізіліп, этикетканың локализациясы уақыт бойынша электронды микроскопиялық радиографиялық автографияның көмегімен бақыланды. Қысқа уақыттан кейін (3-5 мин) этикетка тек түйіршікті ЭПР-ға бай жасушалардың базальды аймақтарында локализацияланған болып шықты. Белгі ақуыз синтезі кезінде белоктар тізбегіне енгендіктен, ақуыз синтезі AH аймағында да, зимоген түйіршіктерінде де болмайтыны анық, бірақ ол тек рибосомалардағы эргастоплазмада синтезделеді. Біраз уақыттан кейін (20-40 минуттан кейін) AG вакуольдері аймағында эргастоплазмадан басқа затбелгі табылды. Сондықтан эргастоплазмадағы синтезден кейін ақуыз AH аймағына жеткізілді. Тіпті кейінірек (60 минуттан кейін) этикетка зимоген түйіршіктері аймағында табылды. Кейінірек бұл белгіні осы бездің acini жарықтарынан байқауға болады. Осылайша, AG - бұл бөлінетін ақуыздың нақты синтезі мен оның жасушадан шығарылуы арасындағы аралық байланыс екендігі белгілі болды. Ақуыздардың синтезделуі мен бөліну процестері басқа жасушаларда да (сүт безі, ішектің бокал жасушалары, қалқанша безі және т.б.) жан-жақты зерттелген. Бұл процестің морфологиялық ерекшеліктері де зерттелді. Экспортталған рибосомаларда синтезделген ақуыз ЭПР цистерналарында бөлініп жинақталады, ол арқылы ол АГ мембраналарының аймағына жеткізіледі. Мұнда синтезделген ақуызы бар кішкене вакуольдер ER-дің тегіс бөліктерінен бөлінеді, олар диктиосоманың проксимальды бөлігіндегі вакуоль аймағына енеді. Бұл жерде вакуольдер бір-бірімен және диктиосоманың тегіс цис-цистерналарымен қосыла алады. Осылайша, ақуыз өнімі AG цистерналарының қуыстарына өтіп кетеді. Гольджи аппаратының цистерналарында ақуыздар модификацияланғандықтан, олар цистерналардан цистерналарға диктиосоманың дистальды бөлігіне диктуосоманың транс-аймағындағы құбырлы мембраналық торға жеткенше, кішкене вакуольдердің көмегімен беріледі. Бұл аймақта бұрыннан пісіп жетілген өнім бар кішкене көпіршіктердің бөлінуі орын алады. Мұндай көпіршіктердің цитоплазмалық беті рецепторлық пиноцитозда байқалатын шекаралас көпіршіктердің бетіне ұқсас. Бөлінген ұсақ көпіршіктер бір-бірімен қосылып, секреторлық вакуоль түзеді. Осыдан кейін секреторлық вакуольдер жасуша бетіне қарай жылжи бастайды, плазмалық мембранамен байланысқа түседі, онымен олардың мембраналары қосылады, сөйтіп осы вакуольдердің құрамы жасушадан тыс болады. Морфологиялық тұрғыдан бұл экструзия (эжекция) процесі пиноцитозға ұқсайды, тек сатылардың кері реттілігімен. Ол экзоцитоз деп аталады. Оқиғалардың мұндай сипаттамасы тек Гольджи аппаратының секреторлық процестерге қатысуының жалпы схемасы болып табылады. Мәселе күрделене түседі, себебі бір жасуша көптеген бөлінетін ақуыздардың синтезіне қатыса алады, оларды бір-бірінен бөліп алып, оларды жасуша бетіне немесе лизосомалар құрамына бағыттай алады. Гольджи аппаратында өнімдерді бір қуыстан екінші қуысқа «айдау» ғана емес, олардың «жетілуі» біртіндеп жүреді, ақуыздардың модификациясы, ол өнімдерді «сұрыптаумен» аяқталады, не лизосомаларға, не плазмалық мембранаға, не секреторлық вакуольдерге бағытталады. Гольджи аппаратындағы ақуыздардың модификациясы ЭПР-де синтезделген ақуыздар Гольджи аппаратының цис-аймағына біріншілік гликозилденуден және бірнеше сахарид қалдықтарын сол жерде қалпына келтіргеннен кейін енеді. Сайып келгенде, барлық ақуыздар екі N-ацетилглюкозамин молекуласынан және алты манноз молекуласынан тұратын бірдей олигосахарид тізбектеріне ие (182-сурет). Цис-цистерналарда олигосахарид тізбектерінің екінші модификациясы басталады және оларды екі классқа бөлу. Нәтижесінде, лизосомаларға арналған гидролитикалық ферменттердегі олигосахаридтер (маннозға бай олигосахаридтер) фосфорланады және секреторлық түйіршіктерге немесе плазмалық мембранаға бағытталған басқа ақуыздардың олигосахаридтері күрделі түрлендірулерге ұшырайды, бірқатар қанттарды жоғалтады және галактозаны, N-ацетилглюкозамин мен қосылысты қосады. Бұл олигосахаридтердің ерекше кешенін жасайды. Олигосахаридтердің мұндай өзгерістері Гольджи аппараты цистерналарының мембраналарының құрамына кіретін ферменттер - гликозилтрансферазалар көмегімен жүзеге асырылады. Диктиосомалардағы әр аймақ өзінің гликозилдену ферменттерінің жиынтығына ие болғандықтан, гликопротеидтер бір мембраналық бөлімнен (диктиосома цистерналары стекіндегі «еден») екіншісіне ауысады және әрқайсысында ферменттердің белгілі бір әсеріне ұшырайды. Сонымен, цис-сайтта лизосомалық ферменттерде маннозаның фосфорлануы жүреді және барлық гидролитикалық ферменттерге тән арнайы манноз-6-фосфат тобы түзіледі, содан кейін лизосомаларға енеді. Диктиосомалардың ортаңғы бөлігінде секреторлы белоктардың қайталама гликозилденуі жүреді: маннозаны қосымша алып тастау және N-ацетилглюкозаминді қосу. Транс алаңында галактоза мен сиал қышқылдары олигосахарид тізбегіне қосылады (183-сурет). Бұл мәліметтер мүлдем басқа әдістермен алынған. Дифференциалды центрифугалау көмегімен Гольджи аппаратының бөлек ауыр (цис) және жеңіл (транс) компоненттерін алуға және оларда гликозидазалар мен олардың өнімдерінің болуын анықтауға мүмкіндік туды. Сонымен бірге әр түрлі ферменттерге моноклоналды антиденелерді қолдана отырып, электронды микроскопияны қолдану арқылы оларды тікелей жасуша бөлімдерінде локализациялау мүмкін болды. Гольджи аппаратындағы бірқатар мамандандырылған жасушаларда тиісті полисахаридтер синтезі жүзеге асырылады. Өсімдік жасушаларының Гольджи аппаратында жасуша қабырғасының матрицасының полисахаридтерінің (гемицеллюлоза, пектин) синтезі жүреді. Сонымен қатар, өсімдік жасушаларының диктиосомалары шырыш пен муциндердің синтезделуіне және бөлінуіне қатысады, олардың құрамында полисахаридтер де бар. Өсімдік жасушаларының қабырғаларының негізгі рамалық полисахаридінің - целлюлозаның синтезі, бұрын айтылғандай, плазмалық мембрана бетінде жүреді. Гольджи аппаратында жануарлар клеткасында глюкозаминогликандардың көп тармақталмаған полисахаридті тізбектерін синтездеу жүзеге асырылады. Олардың бірі - дәнекер тіннің жасушадан тыс матрицасының құрамына кіретін гиалурон қышқылында бірнеше мың қайталанатын дисахаридті блоктар бар. Көптеген глюкозаминогликандар белоктармен ковалентті байланысып, протеогликандарды (мукопротеидтер) түзеді. Бұл полисахаридтік тізбектер Гольджи аппаратында өзгертіліп, протеогликандар түрінде жасушалар шығаратын ақуыздармен байланысады. Гольджи аппаратында глюкозаминогликандар мен кейбір белоктардың сульфациясы жүреді. Гольджи аппаратындағы ақуыздарды сұрыптау Сонымен, Гольджи аппараты арқылы жасуша синтездеген цитозолды емес белоктардың кем дегенде үш ағыны өтеді: гидролитикалық ферменттер лизосома бөліміне; секреторлық вакуольдерде жиналатын және арнайы сигналдар түскен кезде ғана жасушадан бөлінетін бөлінетін белоктардың ағымы; үнемі бөлінетін секреторлық белоктардың ағымы. Демек, осы әр түрлі белоктар мен олардың жолдарын кеңістіктік бөлудің арнайы механизмі болуы керек. Диктиосомалардың циссасы мен ортаңғы аймақтарында осы ақуыздардың барлығы бөлінбей бірге жүреді, олар тек олигосахаридті маркерлеріне байланысты бөлек модификацияланады. Белоктардың нақты бөлінуі, олардың сұрыпталуы Гольджи аппаратының көлденең қимасында жүреді. Бұл процесс толығымен ашылмаған, бірақ белгілі бір белок молекулаларын таңдау принципін түсіну үшін лизосомалық ферменттерді сұрыптау мысалын қолдануға болады (184-сурет). Лизосомалық гидролаза прекурсорларының белоктарында ғана белгілі бір олигосахарид, яғни манноза тобы болатындығы белгілі. Цис-цистерналарда бұл топтар фосфорланған, содан кейін басқа ақуыздармен бірге цистернадан цистернаға ортаңғы аймақ арқылы транс-учаскеге ауысады. Транс-Гольджи аппаратының мембраналарында трансмембраналық ақуыз-рецепторы бар (манноз-6-фосфат рецепторы немесе M-6-F-рецепторы), ол лизосомалық ферменттердің олигосахаридтік тізбегінің фосфорланған манноз топтарын таниды және олармен байланысады. Бұл байланыс тораралық цистерналардағы бейтарап рН мәндерінде пайда болады. Мембраналарда бұл M-6-F-рецепторлы ақуыздар кластерлерді құрайды - олар клатринмен жабылған ұсақ көпіршіктердің пайда болу аймақтарында шоғырланады. Гольджи аппаратының транс-торабында олардың бөлінуі, бүршік жаруы және одан әрі эндосомаларға ауысуы жүреді. Демек, M-6-F-рецепторлары трансмембраналық ақуыздар бола отырып, лизосомалық гидролазалармен байланысады, оларды басқа сорттардан (мысалы, секреторлы, лизосомалық емес) бөліп алады және оларды шекаралы көпіршіктерге шоғырландырады. Транс-желіден бөлініп, бұл көпіршіктер тез арада клатриндік «қабатын» жоғалтады, эндосомалармен қосылып, мембрана рецепторларымен байланысты лизосомалық ферменттерін осы вакуольге ауыстырады. Жоғарыда айтылғандай, ортаның қышқылдануы эндосомалардың ішінде протон тасымалдаушының белсенділігіне байланысты жүреді. РН 6-дан бастап лизосомалық ферменттер M-6-F-рецепторларынан бөлініп, белсендіріліп, эндолизосома қуысында жұмыс істей бастайды. Мембраналардың бөлімдері, M-6-F-рецепторларымен бірге, Гольджи аппараттарының транс-торына қайта оралып, мембраналық көпіршіктерді қайта орайды. Сірә вакуольдерде жиналатын және сигнал келгеннен кейін (мысалы, жүйке немесе гормональды) клеткадан шығарылатын белоктардың сол бөлігі Гольджи аппаратының трансцистерналарының рецепторларында дәл осындай таңдау (сұрыптау) процедурасынан өтеді. Бұл секреторлы ақуыздар алдымен кішкене вакуольдерге түседі, сонымен қатар клатринмен қапталған, содан кейін олар бір-бірімен қосылады. Секреторлық вакуолдарда жинақталған белоктар көбінесе тығыз секреторлы түйіршіктер түрінде жинақталады. Бұл Гольджи аппаратындағы концентрациямен салыстырғанда осы вакуольдердегі ақуыз концентрациясының шамамен 200 есе өсуіне әкеледі. Содан кейін, олар секреторлық вакуолдарда жинақталған кезде, бұл ақуыздар жасушадан тиісті сигнал алғаннан кейін экзоцитоз арқылы жасушадан шығарылады. Тұрақты (конституциялық) секрециямен байланысты вакуольдердің үшінші легі де Гольджи аппаратынан шығады. Сонымен, фибробласттар дәнекер тіннің негізгі затына кіретін гликопротеидтер мен муциндердің көп мөлшерін бөліп шығарады. Көптеген жасушалар субстратпен байланысуға көмектесетін ақуыздарды үнемі босатады. Гликокаликс пен мембраналық гликопротеин элементтерін тасымалдайтын мембраналық көпіршіктер ағыны жасуша бетіне үздіксіз ағады. Жасушадан бөлінетін бұл компоненттер ағыны транс Гольджи рецепторлары жүйесінде сұрыпталуға жатпайды. Бұл ағынның алғашқы вакуольдері де AG мембраналарынан бөлініп шығады және құрылымдық жағынан құрамында клатрин бар шекаралас вакуолдармен байланысты (185-сурет). Гольджи аппараты сияқты күрделі мембраналық органоидтің құрылымы мен жұмысын қарастыруды аяқтай отырып, оның құрамдас бөліктерінің, вакуоль мен цистерналардың айқын морфологиялық біртектілігіне қарамастан, бұл жай көпіршіктердің жиналуы емес, жіңішке, динамикалық, кешенді ұйымдастырылған, поляризацияланғандығын атап өту керек. жүйе. Гипертонияда тек көпіршіктердің ER-ден плазмалық мембранаға тасымалдануы ғана жүрмейді. Көпіршіктердің ретроградты ауысуы бар. Осылайша, вакуольдер екінші реттік лизосомалардан бөлініп, рецептор белоктарымен бірге транс-AG аймағына оралады. Сонымен қатар, транс аймағынан гипертонияның цис аймағына, сондай-ақ цис аймағынан эндоплазмалық торға дейін вакуольдер ағыны жүреді. Бұл жағдайларда вакуольдер COP I-ақуыздарымен жабылған. Осылайша мембранадағы әр түрлі екінші реттік гликозилдену ферменттері мен рецепторлы ақуыздар қайтарылады деп саналады. Көлік көпіршіктерінің мінез-құлқының бұл ерекшеліктері AG компоненттерінің екі түрдегі тасымалының болуы туралы гипотезаға негіз болды (186-сурет) Олардың біріне сәйкес, ең көне, АГ-да тұрақты мембраналық компоненттер бар, оларға заттар ЭПР-ден тасымалдау вакуольдары арқылы беріледі. Альтернативті модельге сәйкес AG - бұл ЭПР-дің динамикалық туындысы: ЭПР-ден бөлінген мембраналық вакуольдер бір-бірімен жаңа цис-цистернаға бірігеді, содан кейін ол бүкіл АГ аумағында қозғалады және ақырында көлік көпіршіктеріне ыдырайды. Бұл модельде ретроградты COP I көпіршіктері тұрақты цистерналарға AG тұрақты протеиндерін қайтарады. Осылайша, ESR өтпелі аймағы Гольджи аппараты үшін «перзентхананы» білдіреді деп болжануда. |