Будова клітини. Комплекс Гольджі

Апарат Гольджі - важлива органела, яка є практично в кожній Мабуть, єдиними клітинами, в яких відсутня цей комплекс, є еритроцити хребетних тварин. Функції цієї структури дуже різноманітні. Саме в цистернах апарату накопичують усі вироблені клітиною сполуки, після чого відбувається їх подальше сортування, модифікація, перерозподіл та транспорт.

Незважаючи на те, що апарат Гольджі був виявлений ще в 1897 році, і досі деякі з його функцій активно вивчаються. Розглянемо докладніше особливості його будови та функціонування.

Апарат Гольджі: будова

Ця органела є сукупністю мембранних цистерн, які тісно прилягають один до одного, нагадуючи стос. Структурною та функціональною одиницею тут вважається диктіосома.

Диктіосома є окремою, самостійною частиною апарату Гольджі, яка складається з 3 - 8 тісно прилеглих один до одного цистерн. Стопка цих мембранних цистерн оточена системою дрібних вакуолей і бульбашок — саме таким чином здійснюється транспорт речовин, а також зв'язок диктіосом між собою та іншими клітинними структурами. Як правило, мають лише одну диктіосому, тоді як у рослинних структурах їх може бути багато.

У диктіосомі прийнято розділяти два кінці — цис- та транс-сторони. Цис-сторона звернена у бік ядра та гранулярної ендоплазматичної сітки. Сюди у вигляді мембранних бульбашок транспортуються синтезовані білки та інші сполуки. У цьому кінці диктіосоми постійно утворюються нові цистерни.

Транс-сторона звернена до Як правило, вона трохи ширша. Сюди потрапляють з'єднання, які вже пройшли усі етапи модифікації. Від нижньої цистерни постійно відриваються невеликі вакуолі та бульбашки, які транспортують речовини до потрібних органелів клітини.

Апарат Гольджі: функції

Як було зазначено, функції органели дуже різноманітні.

Тут здійснюється модифікація новосинтезованих білкових молекул. Найчастіше до протеїнової молекули приєднується вуглеводний, сульфатний чи фосфорний радикал. Таким чином, апарат Гольджі відповідає за формування білкою ферментів та білків лізосом.
Апарат Гольджі відповідає за транспорт модифікованих білків до певних ділянок клітини. Від транс-сторони постійно відокремлюються невеликі бульбашки, у яких містяться готові протеїни.
Тут відбувається утворення та транспорт усіх ферментів лізосом.
У порожнинах цистерн відбувається накопичення ліпідів, а надалі і утворення ліпопротеїдів – комплексу білкової та ліпідної молекули.
Апарат Гольджі рослинної клітини відповідає за синтез полісахаридів, які потім йдуть на утворення рослини, а також слизу, пектинів, геміцелюлози та восків.
Після поділу рослинної клітини комплекс Гольджі бере участь у формуванні клітинної платівки.
У сперматозоїді ця органела бере участь в утворенні ферментів акросоми, за допомогою яких відбувається руйнування оболонок яйцеклітини при заплідненні.
У клітинах представників найпростіших комплексів Гольджі відповідає за освіту які регулюють

Звичайно ж, це далеко не повний перелік усіх функцій, що виконуються. Сучасні вчені досі ведуть різноманітні дослідження, використовуючи новітні технології. Цілком ймовірно, що в найближчі кілька років список функцій комплексу Гольджі значно зросте. Але вже сьогодні можна точно сказати, що дана органела підтримує нормальну життєдіяльність як клітини, так і всього організму в цілому.

Апарат Гольджі

Ендоплазматичний ретикулум, плазматична мембрана та апарат Гольджі складають єдину мембранну систему клітини, в межах якої відбуваються процеси обміну білками та ліпідами за допомогою спрямованого та регульованого внутрішньоклітинного мембранного транспорту.
Кожна з мембранних органел характеризується унікальним складом білків та ліпідів.

Будова АГ

АГ складається з групи плоских мембранних мішків. цистерни, зібрані в стопки - диктіосоми(~5-10 цистерн, у нижчих еукаріотів >30). Число диктіосом у різних клітинах від 1 до ~500.
Окремі цистерни диктіосоми змінної товщини - у центрі її мембрани зближені - просвіт 25 нм, на переферії утворюються розширення - ампулиширина яких непостійна. Від ампул відшнуровуються ~50нм-1мкм бульбашки, пов'язані з цистернами мережею трубочок.

У багатоклітинних організмів АГ складається з стосів цистерн, пов'язаних між собою в єдину мембранну систему. АГ є напівсферою, основа якої звернена до ядра. АГ дріжджів представлений ізольованими одиничними цистернами, оточеними дрібними пухирцями, тубулярною мережею, секреторними везикулами та гранулами. У мутантів дріжджів Sec7 і Sec14 спостерігається структура, що нагадує стос цистерн клітин ссавців.
Для АГ характерна полярність його структур. Кожна стопка має два полюси: проксимальний полюс(формується, цис-поверхня) та дистальний(зрілий,
транс-поверхня). Ціс-полюс– сторона мембрани з якою зливаються бульбашки. Транс-полюс– сторона мембрани від якої бульбашки відгалужуються.

П'ять функціональних компартментів АГ:
1. Проміжні везикуло-тубулярні структури (VTC або ERGIC - ER-Golgi intermediate compartment)
2. Цис-цистерна (cis) - цистерни розп ближче до ЕР:
3. Серединні (medial) цистерни – центральні цистерни
4. Транс-цистерна (trans) – найбільш віддалені від ЕР цистерни.
5. Тубулярна мережа, що примикає до трансцистерни – трансмережа Гольджі (TGN)
Стопки цистерн вигнуті, так що увігнута трансповерхня звернена до ядра.
У середньому в АГ 3-8 цистерн, активно секретирующих клітин може бути більше (в екзокринних клітинах підшлункової залози до 13).
Кожна цистерна має цис та транс поверхні. Синтезовані білки, мембранні ліпіди, глікозильовані в ЕР, потрапляють до АГ через цис-полюс. Речовини через стоси передаються транспортними
бульбашками відокремлюються від ампул. При проходженні білків або ліпідів через стопки Гольджі вони зазнають серії посттрансляційних модифікацій, що включають зміну N-пов'язаних олігосахаридів:
цис: маннозидазаI підрівнює довгі манозні ланцюги до М-5.
проміжний: N-ацетилглюкоеамінтрансферазаI переносить N-ацетилглюкозамін
транс: додаються кінцеві цукру –залишки галактози та сіалова кислота.

Будова Апарату Гольджі та схема транспорту.

П'ять компаній АГ та схема транспорту:проміжний (ERGIC), цис, проміжний, транс та трансмережа Гольджі (TGN). 1. Вхід синтезованих білків, мембранних глікопротеїнів та лізосомних ферментів у цистерну перехідного ЕР, прилеглу до АГ і 2 - їх вихід з ЕР у бульбашках облямованих COPI (антероградний транспорт). 3 - можливий транспорт карго від тубуло-везикулярних
кластерів до цис-цистерни АГ у бульбашках COPI; 3* - транспорт карго від ранніх до пізніших цистерн; 4 - можливий везикулярний ретроградний транспорт карго між цистернами АГ; 5 - повернення резидентних протеїнів з АГ в tER за допомогою бульбашок, облямованих COPI (ретроградний транспорт); 6 і 6* - перенесення лізосомних ферментів за допомогою облямованих клатрином бульбашок відповідно в ранні EE і пізні LE ендосоми; 7 - регульована секреція секреторних гранул; 8 – конститутивне вбудовування мембранних білків в апікальну плазматичну мембрану ПМ; 9 - опосередкований рецептором ендоцитоз за допомогою облямованих клатрином бульбашок; 10 повернення ряду рецепторів з ранніх ендосом у плазматичну мембрану; 11 - транспорт лігандів з EE в LE та лізосоми Ly; 12 - транспорт лігандів у неклатринових бульбашках.

Функції АГ

1. Транспорт- через АГ проходять три групи білків: білки периплазматичної мембрани, білки, призначені
на експорт з клітини, та лізосомні ферменти.
2. Сортуваннядля транспорту: сортування для подальшого транспорту до органел, ПМ, ендосом, секреторних бульбашок відбувається в транс-комплексі Гольджі.
3. Секреція- секреція продуктів, що синтезуються у клітині.
3. Глікозилюваннябілків та ліпідів: глікозидазивидаляють залишки цукрів - деглікозилювання, глікозилтрансферазиприкріплюють цукру назад на головний вуглеводний ланцюг - глікозилювання.
4. Синтез полісахаридів- багато полісахаридів утворюються в АГ у тому числі пектин і геміцелюлоза, що утворюють клітинні стінки рослин і більшість глікозаміногліканів утворюють міжклітинний матрикс у тварин

5. Сульфатування- більшість цукрів, що додаються до білкової серцевини протеоглікану, сульфатуються.
6. Додавання маннозо-6-фосфату: М-6-P додається як направляючий сигнал до ферментів, призначених для лізосом.

ГЛІКОЗИЛЮВАННЯ
Більшість білків починає глікозилуватися в шорсткому ЕР за допомогою додавання до зростаючого поліпептидного ланцюга N-пов'язаних олігосахаридів. Якщо глікопротеїн згорнутий у потрібній конформації, він виходить із ЕР і прямує до АГ, де відбувається його посттрансляційна модифікація.
У глікозилюванні продуктів, що секретуються, беруть участь ферменти - глікозилтрансферази. Вони беруть участь в ремоделюванні Т-пов'язаних бічних олігосахаридних ланцюгів і додаванні О-зв'язаних гліканів і олігосахаридних частин протеогліканів гліколіпідів.

Крім того, в АГ відбувається глікозилювання ліпідно-протеїнових мембранних доменів, званих рафтами.
Доліхолфосфатдодає вуглеводний комплекс - 2GlcNAc-9-манноз-3-глюкози до аспарагіну поліпептиду, що росте. Термінальна глюкоза відщеплюється у два етапи: глюкозидазу Iвідщеплює термінальний залишок глюкози, глюкозидазу IIвидаляє ще два залишки глюкози. Потім відщеплюється маноза. На цьому початковий етап процесингу вуглеводів в ЕР завершується і білки, що несуть олігосахаридний комплекс, надходять до АГ
У перших цистернах АГ видаляються ще три залишки маноз. На цій стадії стрижневий комплекс має ще 5 манозних залишків. N-ацетилглюкозамінтрансфераза Iдодає один залишок N-ацетилглюкозаміну GlcNAc. Від комплексу, що утворився, відщеплюється ще 3 залишки маннози. Складається тепер із двох молоекул GlcNAc-3-маннозо-1-GlcNAc є стрижневою структурою, до якої глікозилтрансферези додають інші
вуглеводи. Кожна глікозилтрансфераза розпізнає вуглеводну структуру, що розвивається, і додає до ланцюга свій власний сахарид.

СЕКРЕЦІЯ
Схема секреції:
Синтезовані в ЕР білки концентруються в сайтах виходу перехідного ЕР завдяки активності коатомерного комплексу COPII і супутніх компонентів і транспортуються в проміжний між ЕР і АГ компартмент ERGIC, з якого вони переходять в АГ у бульбашках, що відбруньковуються, або за тубулярними структурами. Білки ковалентно модифікуються, проходячи через цистерни АГ, на транс-поверхні АГ сортуються та вирушають до місць свого призначення. Секреція білків потребує пасивного вбудовування нових мембранних компонентів у плазматичну мембрану. Для відновлення балансу мембран служить контитутивний рецепторопосередкований ендоцитоз.
Ендо та екзоцитозні шляхи перенесення мембран мають загальні закономірності у спрямованості руху мембранних переносників до відповідної
мішені та у специфічності злиття та брунькування. Основним місцем зустрічі цих шляхів є артеріальна гіпертензія.

Комплекс Гольджіявляє собою стопку мембранних мішечків (цистерн) і пов'язану з нею систему бульбашок.

На зовнішній, увігнутій стороні стоси з бульбашок, що відбруньковуються від прасування. ЕПС постійно формуються нові цистерни, а на внутрішній стороні цистерни перетворюються назад на бульбашки.

Основна функція комплексу Гольджі - транспорт речовин у цитоплазму та позаклітинне середовище, а також синтез жирів та вуглеводів. Комплекс Гольджі бере участь у зростанні та оновленні плазматичної мембрани та у формуванні лізосом.

Комплекс Гольджі було відкрито 1898 р. До. Гольджі. Маючи вкрай примітивне обладнання та обмежений набір реактивів, він зробив відкриття, завдяки якому спільно з Рамон-і-Кахалом отримав Нобелівську премію. Він обробив нервові клітини розчином біхромату, після чого додав нітрати срібла та осмію. За допомогою осадження солей осмію чи срібла з клітинними структурами Гольджі виявив у нейронах темнозабарвлену мережу, яку назвав внутрішнім сітчастим апаратом. При фарбуванні загальними методами пластинчастий комплекс не накопичує барвників, тому зона його концентрації видно як світлу ділянку. Наприклад, поблизу ядра плазмоцита видно світлу зону, що відповідає області розташування органели.

Найчастіше комплекс Гольджі належить до ядра. При світловій мікроскопії він може розподілятися у вигляді складних мереж або окремих дифузно розташованих ділянок (диктіос). Форма та положення органели не мають принципового значення і можуть змінюватись в залежності від функціонального стану клітини.

Комплекс Гольджі - це місце конденсації та накопичення продуктів секреції, що виробляються в інших ділянках клітини, переважно в ЕПС. Під час синтезу білків мічені радіоізотопом амінокислоти накопичуються у гр. ЕПС, а потім їх знаходять у комплексі Гольджі, секреторних включеннях чи лізосомах. Таке явище дозволяє визначити значення комплексу Гольджі у синтетичних процесах у клітині.

При електронній мікроскопії видно, що комплекс Гольджі складається зі скупчень плоских цистерн, які називаються диктіосомами. Цистерни щільно прилягають одна до одної з відривом 20…25 нм. Просвіт цистерн у центральній частині близько 25 нм, але в периферії утворюються розширення - ампули, ширина яких непостійна. У кожному стосі близько 5…10 цистерн. Крім щільно розташованих пласких цистерн у зоні комплексу Гольджі знаходиться велика кількість дрібних бульбашок (везикул), особливо по краях органели. Іноді вони відшнуровуються від ампул.

З боку, що прилягає до ЕПС і ядра, в комплексі Гольджі є зона, що містить значну кількість дрібних бульбашок і невеликих цистерн.

Комплекс Гольджі поляризований, тобто якісно неоднорідний із різних боків. Він має незрілу цис-поверхню, що лежить ближче до ядра, і зрілу - транс-поверхню, звернену до поверхні клітини. Відповідно органела складається з кількох взаємопов'язаних компартментів, які виконують специфічні функції.

Цис-компартмент зазвичай звернений до клітинного центру. Його зовнішня поверхня має опуклу форму. З цистернами зливаються мікровезикули (транспортні піноцитозні бульбашки), що прямують з ЕПС. Мембрани постійно оновлюються за рахунок бульбашок і, своєю чергою, заповнюють вміст мембранних утворень інших компартментів. У компартменті розпочинається посттрансляційна обробка білків, яка продовжується в наступних частинах комплексу.

Проміжний компаргмент здійснює глікозилювання, фосфорилювання, карбоксилювання, сульфатування біополімерних білкових комплексів. Відбувається так звана посттрансляційна модифікація поліпептидних ланцюжків. Йде синтез гліколіпідів та ліпопротеїдів. У проміжному компартменті, як і в цис-компартменті, формуються третинні і четвертинні білкові комплекси. Частина білків піддається частковому протеолізу (руйнуванню), що супроводжується їхньою трансформацією, необхідною для дозрівання. Таким чином, цис- та проміжний компартменти необхідні для дозрівання білків та інших складних біополімерних сполук.

Транс-компартмент розташований ближче до периферії клітини. Зовнішня поверхня його зазвичай увігнута. Частково транс-компартмент переходить у транс-мережу – систему везикул, вакуолей та канальців.

У клітинах окремі диктіосоми можуть бути пов'язані один з одним системою везикул і цистерн, що примикають до дистального кінця скупчення плоских мішків, так що утворюється пухка тривимірна мережа - транс-мережа.

У структурах транс-компартменту та транс-мережі відбуваються сортування білків та інших речовин, утворення секреторних гранул, попередників первинних лізосом та бульбашок спонтанної секреції. Секреторні бульбашки та прелізосоми оточують білки – клатрини.

Клатрини осідають на мембрані бульбашки, що формується, поступово відщеплюючи його від дистальної цистерни комплексу. Облямовані бульбашки відходять від транс-мережі, їхнє переміщення гормонозалежне і контролюється функціональним станом клітини. Процес транспортування облямованих бульбашок знаходиться під впливом мікротрубочок. Білкові (клатринові) комплекси навколо бульбашок розпадаються після відщеплення бульбашки від транс-мережі та знову формуються в момент секреції. У момент секреції білкові комплекси бульбашок взаємодіють з білками мікротрубочок, і бульбашка транспортується до зовнішньої мембрани. Пухирці спонтанної секреції не оточені клатринами, їх формування відбувається безперервно і вони, прямуючи до клітинної мембрани, зливаються з нею, забезпечуючи відновлення цітолеми.

У цілому нині комплекс Гольджі бере участь у сегрегації - це поділ, відділення певних елементів основної маси, і накопиченні продуктів, синтезованих в ЕПС, у тому хімічних перебудовах, дозріванні. У цистернах відбувається синтез полісахаридів, їх поєднання з білками, що призводить до утворення складних комплексів пептидогліканів (глікопротеїнів). За допомогою елементів комплексу Гольджі виводяться готові секрети поза секреторної клітини.

Дрібні транспортні бульбашки відщеплюються від гр. ЕПС у зонах, вільних від рибосом. Пухирці відновлюють мембрани комплексу Гольджі і доставляють до нього полімерні комплекси, що синтезуються в ЕПС. Пухирці транспортуються в цис-компартмент, де зливаються з його мембранами. Отже, до комплексу Гольджі надходять нові порції мембран та продуктів, синтезованих у гр. ЕПС.

У цистернах комплексу Гольджі відбуваються вторинні зміни у білках, синтезованих у гр. ЕПС. Ці зміни пов'язані з перебудовою олігосахаридних ланцюжків глікопротеїнів. Усередині порожнин комплексу Гольджі за допомогою трансглюкозидаз модифікуються лізосомальні білки та білки секретів: відбувається послідовна заміна та нарощування олігосахаридних ланцюжків. білки, Що Модифікуються, переходять від цистерни цис-компартмента в цистерни транс-компартмента за рахунок транспорту в бульбашках, що містять білок.

У транс-компартменті білки сортуються: на внутрішніх поверхнях мембран цистерн розташовуються білкові рецептори, які впізнають секреторні білки, білки мембран та лізосом (гідролази). В результаті від дистальних транс-ділянок диктіос відщеплюються три типи дрібних вакуолей: містять гідролази - прелізосоми; з секреторними включеннями; вакуолі, що заповнюють клітинну мембрану.

Секреторна функція комплексу Гольджі полягає в тому, що синтезований на рибосомах білок, що експортується, що відокремлюється і накопичується всередині цистерн ЕПС, транспортується у вакуолі пластинчастого апарату. Потім накопичений білок може конденсуватися, утворюючи секреторні білкові гранули (у підшлунковій, молочній та інших залозах) або залишатися в розчиненому вигляді (імуноглобуліни в плазматичних клітинах). Від ампулярних розширень цистерн комплексу Гольджі відщеплюються бульбашки, що містять ці білки. Такі бульбашки можуть зливатися між собою, збільшуватись у розмірах, утворюючи секреторні гранули.

Після цього секреторні гранули починають рухатися до поверхні клітини, що стикаються з плазмолемою, з якою зливаються їх власні мембрани, і вміст гранул виявляється за межами клітини. Морфологічно цей процес називається екструзією, або екскрецією (викидання, екзоцитоз) та нагадує ендоцитоз, лише зі зворотною послідовністю стадій.

Комплекс Гольджі може різко збільшуватися в розмірах у клітинах, що активно здійснюють секреторну функцію, що зазвичай супроводжується розвитком ЕПС, а у разі синтезу білків – ядерця.

Під час поділу клітини комплекс Гольджі розпадається до окремих цистерн (диктіосом) та/або бульбашок, які розподіляються між двома клітинами, що діляться і в кінці телофази відновлюють структурну цілісність органели. Поза діленням відбувається безперервне оновлення мембранного апарату за рахунок бульбашок, що мігрують з ЕПС і дистальних цистерн диктіосоми за рахунок проксимальних компартментів.

Будова комплексу Гольджі

Комплекс Гольджі (КГ), або внутрішній сітчастий апарат , - це особлива частина метаболічної системи цитоплазми, що бере участь у процесі виділення та формування мембранних структур клітини.

КГ видно в оптичний мікроскоп як сітку або вигнуті паличкоподібні тільця, що лежать навколо ядра.

Під електронним мікроскопом виявлено, що ця органела представлена трьома видами утворень:

Усі компоненти апарату Гольджі утворені гладкими мембранами.

Зауваження 1

Зрідка АГ має зернисто - сітчасту структуру і розташований біля ядра у вигляді ковпачка.

АГ зустрічається у всіх клітинах рослин та тварин.

Зауваження 2

Апарат Гольджі значно розвинений у секреторних клітинах. Особливо добре видно у нервових клітинах.

Внутрішній міжмембранний простір заповнений матриксом, який містить специфічні ферменти.

Апарат Гольджі має дві зони:

зону формування, куди за допомогою везикул надходить матеріал, що синтезується в ендоплазматичній мережі;
зону дозрівання, де формується секрет та секреторні мішечки. Цей секрет накопичується на термінальних ділянках артеріальної гіпертензії, звідки відбруньковуються секреторні везикули. Як правило, такі везикули переносять секрет за межі клітки.
Локалізація КМ

У аполярних клітинах (наприклад, у нервових) КГ розташований навколо ядра, у секреторних він займає місце між ядром та апікальним полюсом.

Комплекс мішечків Гольджі має дві поверхні:

формувальну(незрілу або регенераторну) цис-поверхня (від латів. Сis - з цього боку); функціональну(зрілу) - транс-поверхня (від лат. Trans - через, за).

Стовпчик Гольджі своєю опуклою формувальною поверхнею звернений у бік ядра, прилягає до гранулярної ендоплазматичної мережі та містить дрібні круглі бульбашки, названі проміжними. Зріла увігнута поверхня стовпчика мішечків звернена до вершини (апікального полюса) клітини і закінчується великими бульбашками.

Освіта комплексу Гольджі

Мембрани КГ синтезуються гранулярною ендоплазматичною мережею, що прилягає до комплексу. Сусідні з ним ділянки ЕПС втрачають рибосоми, від них брунькуються дрібні, так звані, транспортні або проміжні везикули. Вони переміщаються до формувальної поверхні стовпчика Гольджі і зливаються з її першим мішечком. На протилежній (зрілій) поверхні комплексу Гольджі знаходиться мішечок неправильної форми. Його розширення - просекреторні гранули (конденсують вакуолі) - безперервно відбруньковуються і перетворюються на бульбашки, заповнені секретом - секреторні гранули. Таким чином, у міру використання мембран зрілої поверхні комплексу на секреторні везикули, мішечки формувальної поверхні поповнюються за рахунок ендоплазматичної сітки.

Функції комплексу Гольджі

Основна функція апарату Гольджі - виведення синтезованих клітин речовин. Ці речовини транспортуються клітинами ендоплазматичної мережі і накопичуються в бульбашках сітчастого апарату. Потім вони або виводяться в зовнішнє середовище або клітина використовує їх в процесі життєдіяльності.

У комплексі також концентруються деякі речовини (наприклад, барвники), які надходять до клітини ззовні і повинні бути виведені з неї.

У рослинних клітинах комплекс містить ферменти синтезу полісахаридів та сам полісахаридний матеріал, який використовується для побудови целюлозної оболонки клітини.

Крім того, КГ синтезує ті хімічні речовини, що утворюють клітинну мембрану.

Загалом апарат Гольджі виконує такі функції:

накопичення та модифікація макромолекул, які синтезувалися в ендоплазматичній мережі;
утворення складних секретів та секреторних везикул шляхом конденсації секреторного продукту;
синтез та модифікація вуглеводів та глікопротеїдів (утворення глікоколіксу, слизу);
модифікація білків – додавання до поліпептиду різних хімічних утворень (фосфатних – фосфорилування, карбоксильних – карбоксилювання), формування складних білків (ліпопротеїдів, глікопротеїдів, мукопротеїдів) та розщеплення поліпептидів;
має важливе значення для формування, оновлення цитоплазматичної мембрани та інших мембранних утворень завдяки утворенню мембранних везикул, які надалі зливаються з клітинною мембраною;
утворення лізосом та специфічної зернистості в лейкоцитах;
освіта пероксисом.

Білковий та, частково, вуглеводний вміст КГ надходить з гранулярної ендоплазматичної сітки, де він синтезується. Основна частина вуглеводного компонента утворюється в мішечках комплексу за участю ферментів глікозилтрансфераз, що знаходяться в мембранах мішечків.

У комплексі Гольджі остаточно формуються клітинні секрети, що містять глікопротеїди та глікозаміноглікани. У КГ дозрівають секреторні гранули, які переходять у бульбашки, та переміщення цих бульбашок у напрямку плазмалеми. Остаточний етап секреції – це виштовхування сформованих (зрілих) везикул за межі клітини. Виведення секреторних включень із клітини здійснюється шляхом вмонтування мембран бульбашки в плазмалемму та виділення секреторних продуктів за межі клітини. У процесі переміщення секреторних бульбашок до апікального полюса клітини мембрани їх товщають з початкових 5-7 нм, досягаючи товщини плазмалеми 7-10 нм.

Примітка 4

Існує взаємозалежність між активністю клітини та розмірами комплексу Гольджі – секреторні клітини мають великі стовпчики КГ, тоді як несекреторні містять невелику кількість мішечків комплексу.

Міністерство освіти Республіки Білорусь

Заклад освіти

«Міжнародний державний екологічний університет

імені А. Д. Сахарова»

Факультет екологічної медицини

АПАРАТ ГОЛЬДЖІ: СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ.

Студентки 4 курсу

МБД, гр. № 92062-1

Кисляченко Катерини

Мінськ 2012

Введение……………………………………………………………………….…3

1. Структура апарату Гольджи…………………………………………………4

2. Функції апарату Гольджи………………………………………………….10

3. Молекулярний механізм функціонування………………………………20

Заключение……………………………………………………………………….22

Список літератури

Вступ

Кожна з мембранних органел характеризується унікальним складом білків та ліпідів.

Апарат Гольджі складається з групи плоских мембранних мішків - цистерн, зібраних у стоси - диктіосоми (~5-10 цистерн, у нижчих еукаріотів >30).Число диктіосом у різних клітинах від 1 до ~500.

Окремі цистерни диктіосоми змінної товщини – у центрі її мембрани зближені – просвіт 25 нм, на переферії утворюються розширення – ампули ширина яких не постійна. Від ампул відшнуровуються ~50нм-1мкм бульбашки, пов'язані з цистернами мережею трубочок.

У багатоклітинних організмів апарат Гольджі складається зі стосів цистерн, пов'язаних між собою в єдину мембранну систему. Апарат Гольджі є напівсферою, основа якої звернена до ядра. Апарат Гольджі дріжджів представлений ізольованими одиничними цистернами, оточеними дрібними пухирцями, тубулярною мережею, секреторними везикулами та гранулами. У мутантів дріжджів Sec 7 та Sec 14 спостерігається структура, що нагадує стос цистерн клітин ссавців.

Для комплексу Гольджі характерна полярність його структур. Кожна стопка має два полюси: проксимальний полюс (формується, цис-поверхня) і дистальний (зрілий, транс-поверхня). Цис-полюс - сторона мембрани з якою зливаються бульбашки. Транс-полюс сторона мембрани від якої бульбашки відгалужуються.

Структура апарату Гольджі.

У 1898 р. італійський вчений Камілло Гольджі, використовуючи властивості зв'язування важких металів (осмія та срібла) з клітинними структурами, виявив у нервових клітинах сітчасті утворення, які назвав «внутрішнім сітчастим апаратом» (рис. 1).

Рис. 1. Внутрішньоклітинний сітчастий апарат (Гольджі, 1898)

Подальше вдосконалення методу фарбування металами (імпрегнації) дало змогу переконатися, що сітчасті структури (апарат Гольджі) зустрічаються у всіх клітинах будь-яких еукаріотних організмів. Зазвичай елементи апарату Гольджі розташовані біля ядра, поблизу клітинного центру (центріолі). Ділянки апарату Гольджі, що чітко виявляються методом імпрегнації, мали в деяких клітинах вигляд складних мереж, де осередки були пов'язані один з одним або представлялися у вигляді окремих темних ділянок, що лежать незалежно одна від одної (диктіосоми) і мають вид паличок, зерен, увігнутих дисків і т. д. (рис. 2).

Рис. 2. Типи апарату Гольджі

a сітчастий у клітинах кишкового епітелію; б дифузний в клітинах спинального ганглія.

1 ядро; 2 | апарат Гольджі; 3 Ядрішко

Між сітчастою і дифузною формою апарату Гольджі немає принципової відмінності, оскільки часто в тих самих клітинах спостерігається зміна форм цього органоїду. Елементи апарату Гольджі часто пов'язані з вакуолями, що особливо характерно для клітин, що секретують.

Морфологія АГ змінюється залежно від стадій клітинної секреції, що стало підставою Д.Н. Насонову (1924) висунути гіпотезу про те, що АГ є органоїдом, що забезпечує сепарацію та накопичення речовин у різних клітинах.

Довгий час у рослинних клітинах не вдавалося виявити елементів апарату Гольджі звичайними методами мікротехніки. Однак з появою методу електронної мікроскопії елементи АГ були виявлені у всіх рослинних клітинах, де вони розташовані на периферії клітини.

Опис структури апарату Гольджі тісно пов'язане з описом його основних біохімічних функцій, оскільки підрозділ цього компартменту клітин на відділи проводиться переважно на основі локалізації ферментів, розташованих в тому чи іншому відділі.

Апарат Гольджі – це спеціалізована частина ендоплазматичного ретикулуму, що складається із зібраних у стоси плоских мембранних мішечків. Він бере участь у секреції клітиною білків (у ньому відбувається упаковка білків, що секретуються, в гранули) і тому особливо розвинений у клітинах, що виконують секреторну функцію.

До складу комплексу Гольджі входить п'ять функціональних компартментів:

1. Проміжні везикуло-тубулярні структури ( VTC або ERGIC-ER-Golgi intermediate compartment)

2. Цис-цистерна (cis ) - цистерни розп ближче до ЕР:

3. Серединні (medial ) цистерни | центральні цистерни

4. Транс-цистерна ( trans ) - Найбільш віддалені від ЕР цистерни.

5. Тубулярна мережа, що примикає до трансцистерні – трансмережа Гольджі ( TGN)

Рис.3. П'ять компонентів та схема транспорту білків.

1. Вхід синтезованих білків, мембранних глікопротеїнів та лізосомних ферментів у цистерну перехідного ЕР, прилеглу до АГ та 2 - їх вихід з ЕР у бульбашках облямованих COPI (антероградний транспорт). 3 - можливий транспорт карго від тубуло-везикулярних кластерів до цис-цистерні АГ у бульбашках COPI ; 3* - транспорт карго від ранніх до пізніших цистерн; 4 - можливий везикулярний ретроградний транспорт карго між цистернами АГ; 5 - повернення резидентних протеїнів з АГ tER за допомогою бульбашок, облямованих COPI (Ретроградний транспорт); 6 і 6* - перенесення лізосомних ферментів за допомогою облямованих клатрином бульбашок відповідно в ранні EE та пізні LE ендосоми; 7 - регульована секреція секреторних гранул; 8 – конститутивне вбудовування мембранних білків в апікальну плазматичну мембрану ПМ; 9 - опосередкований рецептором ендоцитоз за допомогою облямованих клатрином бульбашок; 10 повернення ряду рецепторів з ранніх ендосом у плазматичну мембрану; 11 - транспорт лігандів з EE в LE та лізосоми Ly ; 12 - транспорт лігандів у неклатринових бульбашках.

Ці відділи різняться між собою набором ферментів. У цис-відділі першу цистерну називають "цистерною порятунку", оскільки за її допомогою рецептори, що надходять з проміжної егдоплазматичної мережі, повертаються назад. Фермент цис-відділу: фосфоглікозидаза (приєднує фосфат до вуглеводу – маннозу). У медіальному відділі знаходиться 2 ферменти: манназидаза (відщеплює маннозу) та N -ацетилглюкозамінтрансфераза (приєднує певні вуглеводи – глікозаміни). У транс-відділі присутні ферменти: пептидаза (здійснює протеоліз) та трансферазу (здійснює перекидання хімічних груп).

Апарат Гольджі є дуже поліморфною органелою; у клітинах різних типів і навіть різних стадіях розвитку однієї й тієї клітини може виглядати по-різному.

Основні характеристики комплексу Гольджі такі:

наявність стопки з кількох (зазвичай 3-8) сплощених цистерн, більш менш щільно прилеглих один до одного. Така чарка завжди буває оточена деякою (іноді дуже значною) кількістю мембранних бульбашок. У тварин клітинах частіше можна зустріти один стос, тоді як у рослинних клітинах їх зазвичай буває кілька; кожну з них у такому разі називаютьдиктіосомою (рис. 4).Окремі диктіосоми може бути пов'язані між собою системою вакуолей, утворюючи тривимірну мережу;

Рис. 4. Схематичне розташування АГ у клітині

2) композиційна гетерогенність, що виражається в тому, що постійні ( resident ) ферменти неоднорідно розподілені по органеллі;

3) полярність, тобто наявність цис-сторони, зверненої до ендоплазматичного ретикулуму і ядра, і транс-сторони, зверненої до поверхні клітини (це особливо характерно для клітин, що секретують);

4) асоціація з мікротрубочками та областю центріолі. Руйнування мікротрубочок деполімеризуючими агентами призводить до фрагментації апарату Гольджі, проте його функції при цьому суттєво не торкаються. Аналогічна фрагментація спостерігається і в природних умовах під час мітозу. Після відновлення системи мікротрубочок розкидані клітини елементи апарату Гольджі збираються (по микротру-бочкам) в область центріолі, і реконструюється нормальний комплекс Гольджі.

Комплекс Гольджі є стопкою дископодібних мембранних мішечків (цистерн), кілька розширених ближче до країв і пов'язану з ними систему бульбашок Гольджі. У рослинних клітинах виявляється ряд окремих стосів (диктіосоми), у тваринних клітинах часто міститься одна велика або кілька сполучених трубками стосів.

У цистернах Апарату Гольджі дозрівають білки, призначені для секреції, трансмембранні білки плазматичної мембрани, білки лізосом і т.д. Дозріваючі білки послідовно переміщаються по цистернах органели, в яких відбувається їхнє остаточне згортання, а також модифікації – глікозилювання та фосфорилювання.

Апарат Гольджі асиметричний цистерни розташовані ближче до ядра клітини (цис-Гольджі) містять найменш зрілі білки, до цих цистерн безперервно приєднуються мембранні бульбашки везикули, що відпочковуються від гранулярного ендоплазматичного ретику.

Різні цистерни Апарату Гольджі містять різні резидентні каталітичні ферменти і, отже, з білками, що дозрівають, в них послідовно відбуваються різні процеси. Зрозуміло, що такий ступінчастий процес має якось контролюватись. Справді, білки, що дозрівають, «маркуються» спеціальними полісахаридними залишками (переважно манозними), які, мабуть, відіграють роль своєрідного «знака якості».

Не до кінця зрозуміло, яким чином білки, що дозрівають, переміщаються по цистернах Апарату Гольджі, в той час як резидентні білки залишаються більшою або меншою мірою асоційовані з однією цистерною.Існують дві взаємовиключні гіпотези, що пояснюють цей механізм:

Згідно з першою, транспорт білків здійснюється за допомогою таких же механізмів везикулярного транспорту, як і шлях транспорту з ЕР, причому резидентні білки не включаються в везикулу, що відпочковується.
Відповідно до другої, відбувається безперервне пересування (дозрівання) самих цистерн, їх складання з бульбашок з одного кінця та розбирання з іншого кінця органели, а резидентні білки переміщуються ретроградно (у зворотному напрямку) за допомогою везикулярного транспорту.

Зрештою, від протилежного кінця органели (транс-Гольджі) відбруньковуються бульбашки, що містять повністю зрілі білки.

У комплексі Гольджі відбувається:

О-глікозилювання - до білків приєднуються складні цукри через атом кисню.
Фосфорилювання – приєднання до білків залишку ортофосфорної кислоти.
Освіта лізосом.
Освіта клітинної стінки (у рослин).
Участь у везикулярному транспорті (формування трибілкового потоку):
дозрівання та транспорт білків плазматичної мембрани;
дозрівання та транспорт секретів;
дозрівання та транспортування ферментів лізосом.

2.Функції апарату Гольджі.

Функції апарату Гольджі дуже різноманітні.До них можна віднести:

Сегрегація білків на 3 потоки:
лізосомальний – глікозильовані білки (з маннозою) надходять до цис-відділу комплексу Гольджі, деякі з них фосфорилуються, утворюється маркер лізосомальних ферментів – манноза-6-фосфат. Надалі ці фосфорильовані білки не піддаватимуться модифікації, а потраплять у лізосоми.
конститутивний екзоцитоз (конститутивна секреція). У цей потік включаються білки та ліпіди, які стають компонентами поверхневого апарату клітини, у тому числі глікоколіксу, або вони можуть входити до складу позаклітинного матриксу.
секреція, що індукується - сюди потрапляють білки, які функціонують за межами клітини, поверхневого апарату клітини, у внутрішньому середовищі організму.Характерний секреторних клітин.
Формування слизових секретів - глікозамінгліканів (мукополісахаридів)
Формування вуглеводних компонентів глікоколіксу - в основному гліколіпідів.
Сульфатування вуглеводних та білкових компонентів глікопротеїдів та гліколіпідів.
Частковий протеоліз білків - іноді за рахунок цього неактивний білок переходить на активний (проінсулін перетворюється на інсулін).

Секреторна функція апарату Гольджі.

Мембранні елементи АГ беруть участь у сегрегації та накопиченні продуктів, синтезованих в ЕПР, беруть участь у їх хімічних перебудовах, дозріванні: це головним чином перебудова олігосахаридних компонентів глікопротеїнів у складі водорозчинних секретів або у складі мембран (рис. 5).

Рис. 5. Схема зв'язку гранулярного ендоплазматичного ретикулуму (ЕПР), апарату Гольджі (АГ) з утворенням та виділенням зимогену з ацинарних клітин підшлункової залози.

1 | перехідна зона між ЕПР і АГ; 2 Зона дозрівання секреторних гранул; 3 | відокремлені від АГ зимогенові гранули; 4 їх вихід (екзоцитоз) за межі клітини

У цистернах АГ відбувається синтез полісахаридів, їхній взаємозв'язок з білками, що призводить до утворення мукопротеїдів. Але головне, з допомогою елементів апарату Гольджі відбувається процес виведення готових секретів межі клітини. Крім того, АГ є джерелом клітинних лізосом.

Участь АГ у процесах виведення секреторних продуктів було дуже добре вивчено на прикладі екзокринних клітин підшлункової залози. Для цих клітин характерна наявність великої кількості секреторних гранул (зимогенових гранул), які є мембранними бульбашками, заповненими білковим вмістом. До складу білків зимогенових гранул входять різноманітні ферменти: протеази, ліпази, карбогідрази, нуклеази. При секреції вміст цих зимогенових гранул викидається з клітин у просвіт залози, а потім перетікає в порожнину кишківника. Так як основним продуктом, що виводиться клітинами підшлункової залози, є білок, то досліджували послідовність включення радіоактивних амінокислот до різних ділянок клітини (рис. 6). Для цього тваринам вводили мічену тритієм амінокислоту (3Н-лейцин) та за допомогою електронно-мікроскопічної радіоавтографії стежили у часі за локалізацією мітки. Виявилося, що через короткий проміжок часу (35 хв) мітка локалізувалася тільки в базальних ділянках клітин, багатих гранулярним ЕПР. Так як мітка включалася в білковий ланцюг під час синтезу білка, то було ясно, що ні в зоні артеріальної гіпертензії, ні в самих зимогенових гранулах синтез білка не відбувається, а він синтезується виключно в ергастоплазмі на рибосомах. Дещо пізніше (через 20-40 хв) мітка крім ергастоплазми була виявлена в зоні вакуолей АГ. Отже, після синтезу в ергастоплазмі білок транспортувався до зони АГ. Ще пізніше (через 60 хв) мітка виявлялася вже й у зоні зимогенових гранул. Надалі мітку можна було бачити у просвіті ацинусів цієї залози. Таким чином, стало ясно, що АГ є проміжною ланкою між власне синтезом білка, що секретується, і виведенням його з клітини. Так само докладно процеси синтезу та виведення білків були вивчені на інших клітинах (молочна залоза, келихоподібні клітини кишечника, щитовидна залоза та ін.). Досліджено й морфологічні особливості цього процесу. Синтезований на рибосомах експортований білок відокремлюється і накопичується всередині цистерн ЕПР, якими він транспортується до зони мембран АГ. Тут від гладких ділянок ЕПР відщеплюються дрібні вакуолі, що містять синтезований білок, які надходять у зону вакуолей у проксимальній частині диктіосоми. У цьому місці вакуолі можуть зливатися один з одним і плоскими цис-цистернами диктіосоми. У такий спосіб білковий продукт переноситься вже всередині порожнин цистерн АГ.

Рис. 6. Послідовність виявлення (14) мітки o т 3Н-лізину при синтезі та виведенні білкового секрету з клітини підшлункової залози

К| кровоносний капіляр; Ц цитоплазма клітини; П просвіт залози. Стрілки показують шлях міграції мітки

У міру модифікації білків у цистернах апарату Гольджі, вони за допомогою дрібних вакуолей переносяться від цистерн до цистерни в дистальну частину диктіосоми, поки не досягають трубчастої мембранної мережі в транс-ділянці диктіосоми. У цій ділянці відбувається відщеплення дрібних бульбашок, які вже містять зрілий продукт. Цитоплазматична поверхня таких бульбашок буває подібна до поверхні облямованих бульбашок, які спостерігаються при рецепторному піноцитозі. Дрібні бульбашки, що відокремилися, зливаються один одним, утворюючи секреторні вакуолі. Після цього секреторні вакуолі починають рухатися до поверхні клітини, що стикаються з плазматичною мембраною, з якою зливаються їх мембрани, і таким чином вміст цих вакуолей виявляється за межами клітини. Морфологічно цей процес екструзії (викидання) нагадує піноцитоз, лише зі зворотною послідовністю стадій. Він зветься екзоцитоз.

Такий опис подій є лише загальною схемою участі апарату Гольджі у секреторних процесах. Справа ускладнюється тим, що одна і та ж клітина може брати участь у синтезі багатьох білків, що виділяються, може їх один від одного ізолювати і направляти до клітинної поверхні або ж до складу лізосом. В апараті Гольджі відбувається не просто «перекачування» продуктів з однієї порожнини в іншу, а й поступово йде їх «дозрівання», модифікація білків, яка закінчується «сортуванням» продуктів, що прямують або до лізосом, або до плазматичної мембрани, або секреторних вакуолів.

Модифікація білків в апараті Гольджі

У цис-зону апарату Гольджі синтезовані в ЕПР білки потрапляють після первинного глікозилювання та редукції там же кількох сахаридних залишків. Зрештою, всі білки там мають однакові олігосахаридні ланцюги, що складаються з двох молекул. N -ацетилглюкозаміну та шести молекул маннози (рис. 7). У цис-цистернах починається вторинна модифікація олігосахаридних ланцюгів та їх сортування на два класи. В результаті олігосахариди на гідролітичних ферментах, призначених для лізосом (багаті на манозу олігосахариди), фосфорилюються, а олігосахариди інших білків, що направляються в секреторні гранули або до плазматичної мембрани, піддаються складним перетворенням, втрачаючи ряд цукрів. N -ацетилглюкозамін та сіалові кислоти.

Рис. 7. Шляхи глікозилювання глікопротеїдів в апараті Гольджі

a білки секреторних гранул і плазматичної мембрани; б | білки лізосом. Ман манноза; Асп - аспарагін; гл глюкоза; СК - сіалова кислота; Га - N -ацетилглюкозамін; Гал ¦ галактоза

При цьому виникає спеціальний комплекс олігосахаридів. Такі перетворення олігосахаридів здійснюються за допомогою ферментів – глікозилтрансфераз, що входять до складу мембран цистерн апарату Гольджі. Так як кожна зона в диктіосомах має свій набір ферментів глікозилювання, то глікопротеїди ніби по естафеті переносяться з одного мембранного відсіку («поверху» в стосі цистерн диктіосоми) в інший і в кожному піддаються специфічному впливу ферментів. Так, у цис-ділянці відбувається фосфорилювання маноз у лізосомних ферментах і утворюється особливе маннозо-6-фосфатне угруповання, характерне для всіх гідролітичних ферментів, які потім потраплять у лізосоми.

У середній частині диктіос протікає вторинне глікозилювання секреторних білків: додаткове видалення маннози та приєднання N -ацетилглюкозаміну. У транс-ділянці до олігосахаридного ланцюга приєднуються галактоза та сіалові кислоти (рис. 8).

Рис. 8. Локалізація ферментів під час модифікації білків в апараті Гольджі (АГ)

1 | синтез білка в ЕПР; 2 | фосфорплювання лізосомних олігосахаридів; 3 - відщеплення маннози; 4 | приєднання N -ацетилглюкозаміну; 5 ¦ приєднання маннози; 6 | приєднання сіалової кислоти; 7 | сортування білків на рецепторах в транс-мережі; 8 лізосома; 9 - секреторна вакуоля; 10 плазмалема

У ряді спеціалізованих клітин в апараті Гольджі здійснюється синтез власне полісахаридів.

В апараті Гольджі рослинних клітин відбувається синтез полісахаридів матриксу клітинної стінки (геміцелюлози, пектини). Крім того, диктіосоми рослинних клітин беруть участь у синтезі та виділенні слизів та муцинів, до складу яких входять також полісахариди. Синтез основного каркасного полісахариду рослинних клітинних стінок - целюлози, відбувається, як уже говорилося, на поверхні плазматичної мембрани.

В апараті Гольджі клітин тварин здійснюється синтез довгих нерозгалужених полісахаридних ланцюгів глюкозаміногліканів. Один з них - гіалуронова кислота, що входить до складу позаклітинного матриксу сполучної тканини, містить кілька тисяч дисахаридних блоків, що повторюються. Багато глюкозаміноглікани ковалентно пов'язані з білками і утворюють протеоглікани (мукопротеїни). Такі полісахаридні ланцюги модифікуються в апараті Гольджі та зв'язуються з білками, які у вигляді протеогліканів секретуються клітинами. В апараті Гольджі відбувається також сульфатування глюкозаміногліканів і деяких білків.

Сортування білків в апараті Гольджі.

Через апарат Гольджі проходять принаймні три потоки синтезованих клітиною білків:

потік гідролітичних ферментів у компартмент лізосом;
потік білків, що виділяються, які накопичуються в секреторних вакуолях і виділяються з клітини тільки після отримання спеціальних сигналів;
потік секреторних білків, що постійно виділяються.

Отже, має бути якийсь спеціальний механізм просторового поділу цих різних білків та їх шляхів прямування.

У цис- та середніх зонах диктіосом всі ці білки йдуть разом без поділу, вони лише окремо модифікуються залежно від їх олігосахаридних маркерів.

Власне поділ білків, їх сортування відбувається в транс-ділянці апарату Гольджі. Цей процес не до кінця розшифровано, але на прикладі сортування лізосомних ферментів можна зрозуміти принцип відбору певних білкових молекул (рис. 9).

Рис. 9. Сортування кислих гідролаз в апараті Гольджі (АГ)

1 | надходження гідролаз з ЕПР; 2 | фосфорилювання; 3 ¦ перенесення в транс-мережу АГ; 4 зв'язування з рецептором; 5 ¦ клатринова оболонка; 6 | первинна лізосома; 7 об'єднання з вторинною лізосомою; 8 - дисоціація від рецептора; 9 дефосфорилювання; 10 активована гідролаза; 11 ¦ повернення (рециклізація) рецепторів

Відомо, що тільки білки-попередники лізосомних гідролаз мають специфічну олігосахаридну, а саме маннозну групу. У цис-цистернах ці угруповання фосфорилируются і далі разом з іншими білками переносяться від цистерни до цистерни через середню зону транс-ділянку. Мембрани транс-мережі апарату Гольджі містять трансмембранний білок-рецептор (манноза-6-фосфатний рецептор, або М-6-Ф-рецептор), який дізнається про фосфорильовані манозні угруповання олігосахаридного ланцюга лізосомних ферментів і зв'язується з ними. Це зв'язування відбувається при нейтральних значеннях рН усередині цистерн транс-мережі. На мембранах ці М-6-Ф-рецепторні білки утворюють кластери - групи, які концентруються у зонах утворення дрібних бульбашок, покритих клатрином. У транс-мережі апарату Гольджі відбуваються їх відділення, відбрунькування та подальше перенесення до ендосом. Отже, М-6-Ф-рецептори, будучи трансмембранними білками, зв'язуючись з лізосомними гідролазами, відокремлюють їх (відсортують) від інших білків (наприклад, секреторних, нелізосомних) і концентрують їх у облямованих бульбашках. Відірвавшись від транс-мережі, ці бульбашки швидко втрачають клатринову шубу, зливаються з ендосомами, переносячи свої лізосомні ферменти, пов'язані з мембранними рецепторами, в цю вакуолю. Як мовилося раніше, всередині ендосом через активності протонного переносника відбувається закислення середовища. Починаючи з рН 6, лізосомні ферменти відокремлюються від М-6-Ф-рецепторів, активуються і починають працювати в порожнині ендолізосоми. Ділянки мембран разом з М-6-Ф-рецепторами повертаються шляхом рециклізації мембранних бульбашок назад в транс-мережу апарату Гольджі.

Найімовірніше, що та частина білків, яка накопичується в секреторних вакуолях і виводиться з клітини після надходження сигналу (наприклад, нервового чи гормонального), проходить таку ж процедуру відбору (сортування) на рецепторах трансцистерн апарату Гольджі. Ці секреторні білки потрапляють спочатку у дрібні вакуолі, теж одягнені клатрином, які потім зливаються один з одним. У секреторних вакуолях часто відбувається агрегація накопичених білків як щільних секреторних гранул. Це призводить до підвищення концентрації білка в цих вакуолях приблизно в 200 разів, порівняно з його концентрацією в апараті Гольджі. Потім ці білки в міру накопичення секреторних вакуолях викидаються з клітини шляхом екзоцитозу після отримання клітиною відповідного сигналу.

Від апарату Гольджі походить і третій потік вакуолей, пов'язаний із постійною (конститутивною) секрецією. Так, фібробласти виділяють велику кількість глікопротеїдів та муцинів, що входять в основну речовину сполучної тканини. Багато клітин постійно виділяють білки, що сприяють зв'язування їх з субстратами. До поверхні клітини безперервно йде потік мембранних бульбашок, що несуть елементи глікоколіксу та мембранних глікопротеїдів. Цей потік компонентів, що виділяються клітиною, не підлягає сортуванню в рецепторній транс-системі апарату Гольджі. Первинні вакуолі цього потоку також відщеплюються від мембран апарату Гольджі і відносяться за своєю структурою до облямованих вакуолей, що містять клатрин (рис. 10).

Рис. 10. Три потоки транспорту білків через апарат Гольджі (АГ)

1 лізосомний потік; 2 | потік постійної секреції; 3 | потік регульованої секреції

У комплексі Гольджі відбувається не лише транспорт везикул від ЕПР до плазматичної мембрани. Існує ретроградне перенесення везикул. Так, від вторинних лізосом відщеплюються вакуолі та повертаються разом із рецепторними білками в зону транс-АГ. Крім того, існує потік вакуолей від транс-зони до цис-зони АГ, а також від цис-зони до ендоплазматичного ретикулуму. У цих випадках вакуолі одягнені білками СОР I -комплексу. Вважається, що таким шляхом повертаються різні ферменти вторинного глікозилювання та рецепторні білки у складі мембран.

Ці особливості поведінки транспортних везикул дали основу гіпотезі існування двох типів транспорту компонентів АГ (рис. 11).

Рис. 11. Моделі транспорту продуктів в апараті Гольджі (АГ)

а ¦ модель стабільних компартментів; 6 | модель дозрівання цистерн АГ.

1 ¦ секретовані білки; 2 ¦ постійні ферменти АГ; 3 - перенесення до ендосом; 4, 5 - перенесення до плазматичної мембрани; I ЕПР-АГ-комплекс; II цис-ділянка АГ; III проміжну ділянку АГ; IV транс-участюк АГ; V | транс-АГ-мережа

По одному з них, найстарішому, в АГ існують стабільні мембранні компоненти, до яких від ЕПР переносяться естафетно речовини за допомогою транспортних вакуолей. За альтернативною моделлю, АГ є динамічним похідним ЕПР: «відшнуровавшись» від ЕПР мембранні вакуолі зливаються один з одним у нову цис-цистерну, яка потім просувається через всю зону АГ і в кінці розпадається на транспортні везикули. За цією моделлю, ретроградні COP I -везикули повертають постійні білки АГ у молодші цистерни.

3. Молекулярний механізм повернення білків комплексу Годьджі.

Гептамерний цитозольний білковий комплекс COP I (мембранний комплекс Гольджі, коатомер), у поєднанні з GTP -зв'язуючим білком ARF 1 утворює оболонку таким чином, що, будучи асоційованим у мембрани Гольджі, імовірно сприяє мембранному екзоцитоз і реакцій розщеплення, пов'язаним з мембранним транспортом Гольджі. Увімкнення COP I у мембрани Гольджі вимагає присутності ARF 1, який працює по GTP азному циклу. ARF 1-GTP здійснює включення COP I у мембрани Гольджі, тоді як гідроліз GTP ймовірно запускає вивільнення COP I з мембрани в цитозоль, що уможливлює включення COP I у періодичні цикли складання-розбирання оболонки. Таким чином, ARF 1 функціонує як подвійний перемикач, що здійснює управління інтеграцією COP I мембрани і, отже, регулювання його функції.

Спочатку передбачалося, що зв'язуються з мембраною ARF 1 та коатомер беруть участь неселективно у формуванні транспортних бульбашок. Дана модель передбачала наявність значного потоку речовин, що транспортуються через секреторні шляхи і постулювала, що полімеризація коатомера, керована за допомогою циклізації GTP за допомогою ARF 1 забезпечує механіко-хімічну енергію для утворення бульбашок. В результаті проведених відтоді різноманітних досліджень зазначена думка була скоригована. Активація ARF 1 значно впливає на фосфоліпідний склад мембрани і стимулює вбудову, актину та інших білків цитозолю в мембрани Гольджі. Це передбачає здатність ARF 1 полегшувати процеси сортування, ендоцитозу та стикування мембран комплексу Гольджі.

Для фрагмента коатомера була також виявлена здатність зв'язувати два залишки лізину в С-кінцевому мотиві трансмембранних білків, що забезпечують циклічний транспорт між Гольджі та ЕР і функціонують, як припускають, як послідовності, що повертають в ЕР. Взаємодіючи подібним чином з цитоплазматичними фрагментами білків, що транспортують, COP I може збирати речовини, що транспортуються, в везикули і опосередковувати сортування транспортирних білків.

Щодо останньої із зазначених функцій, предметом значних дискусій було питання про те, чи упаковує мембранозв'язаний COP I речовини, що транспортуються, в везикули екзо- або ендоцитозного або обох типів.

У дріжджів мутантні субодиниці COP I були ідентифіковані за схемою, розробленою для виявлення мутантів, нездатних утримувати/реутилізувати марковані двома залишками лізину молекули при збереженні решти циклу.

В результаті виникло припущення про те, що асоційований з трансмімбранними транспортуючими білками, що містять дилізинові мотиви. COP I опосередковує зворотний транспорт. Проте, подальший аналіз окремих алелей sec 21 (гамма-COP ) показав наявність залежних від типу транспортованого речовини селективних дефектів і за прямому транспорті. Більш того, коатомер розпізнає також послідовності, споріднені з дилізиновим і діаргініновим, у цитоплазаматичних фрагментах білків. p 24 великого сімейства потенційних переносників, якими рясніє Гольджі і для яких було показано участь у двонаправленому транспорті. З урахуванням цих, як і попередніх біохімічних та морфологічних даних, що підтверджують роль коатомера у прямому транспорті, стає неясним напрямок (тобто прямий чи зворотний) перенесення везикул. Додаткова можливість полягає в тому, що опосередкована ARF 1 асоціація COPI з мембраною може служити для латерального поділу білків і ліпідів в окремі групи, що транспортуються надалі прямим або зворотним способом. Наявність цієї функції було запропоновано в результаті спостереження того, що блокування асоціації COP I з мембраною у мутантів з інгібуванням ARF 1 або за допомогою обробки брефельдином А ( BFA ) , що запобігає активації ARF 1 само по собі не перешкоджає мембранному транспорту, але дестабілізує його, що призводить до неселективності повернення білків в ЕР.

Висновок.

Комплекс (апарат) Гольджі (або диктіосома) - мембранна органела загального призначення, є у всіх клітин (крім еритроцитів і кератинізованих клітин ороговіючого епітелію) в кількість 1 або більше (в клітинах, що активно синтезують).

У КГ постійно підтримується динамічна рівновага між кількістю мембран, які "йдуть" разом з везикулами, що відщеплюються, кількістю мембран, які "приходять" від ЕПС із синтезованим продуктом, що потребують доопрацювання.

Комплекс Гольджі мультифункціональна структура. Він виконує різноманітні функції:

1. Транспорт – через АГ проходять три групи білків: білки периплазматичної мембрани, білки, призначені на експорт із клітини, та лізосомні ферменти.

2. C ортування для транспорту: сортування для подальшого транспорту до органелів, ПМ, ендосом, секреторних бульбашок відбувається в транс-комплексі Гольджі.

3. Секреція – секреція продуктів, що синтезуються в клітині.

3. Глікозилювання білків і ліпідів: глікозидази видаляють залишки цукрів - деглікозилювання, глікозилтрансферази прикріплюють цукру назад на головний вуглеводний ланцюг - глікозилювання. У ньому відбуваються глікозилювання олігосахаридних ланцюгів нейропептидів.

4. Синтез полісахаридів - багато полісахаридів утворюються в АГ у тому числі пектин і геміцелюлоза, що утворюють клітинні стінки рослин і більшість глікозаміногліканів утворюють міжклітинний матрикс у тварин

5. Сульфатування - більшість цукрів, що додаються до білкової серцевини протеоглікану, сульфатуються.

6. Додавання маннозо-6-фосфату: М-6- P додається як направляючий сигнал до ферментів, призначених для лізосом.

Апарат Гольджі входить до складу багатьох тварин (виняток становлять еритроцити ссавців) і рослинних клітин.

Список літератури.

Грін Н . Біологія М., 2003
Де Робертіс Е. Новінський Ст, Саес Ф. Біологія клітини.М., Світ, 2001
Зегнбуш П.Молекулярна та клітинна біологія. М., Світ, т2004
Неніцеску К. Д. Загальна хімія. Пров. з рум. / За ред. Аблова А. В. М.: Світ, 1968.
Свенсон К., Вебстер П. Клітина.М., Світ, 2000.
Сидоров Є.П. Загальна біологія М., 2003
Соловйов Ю. І., Еволюція основних теоретичних проблем хімії, М., 1971
Яригін В.М. Біологія М., 2001

Будова клітини. Комплекс Гольджі

Будова АГ

Функції АГ

Локалізація КМ

Освіта комплексу Гольджі

Функції комплексу Гольджі