Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 1 (страница 59)

Функцию аппарата Гольджи составляют транспорт веществ и химическая модификация поступающих в него клеточных продуктов. Функция эта особенно важна и заметна в секреторных клетках, хорошим примером которых могут служить ацинарные клетки поджелудочной железы. Эти клетки секретируют пищеварительные ферменты панкреатического сока в выводной проток железы, через который они поступают в двенадцатиперстную кишку. На рис. 7.20, А представлена электронная микрофотография такой клетки, а на рис. 120, Б — схема данного секреторного пути.

Рис. 7.20. А Электронная микрофотография ацинуса — группы ацинарных клеток поджелудочной железы, × 10400. 1 — ядро; 2 — митохондрия; 3 — аппарат Гольджи; 4 — секреторные гранулы; 5 — шероховатый эндоплазматический ретикулум

Рис. 7.20. Б. Схема синтеза и секреции белка (одного из ферментов) в ацинарной клетке поджелудочной железы

Отдельные этапы этого пути выявляют при помощи радиоактивно меченных аминокислот, прослеживая их включение в белки, а затем передвижение по различным клеточным органеллам. Для этого образцы ткани гомогенизируют через разные промежутки времени после введения аминокислот, разделяют клеточные органеллы центрифугированием и выясняют, в каких органеллах доля этих аминокислот всего выше. После концентрирования в аппарате Гольджи белок в пузырьках Гольджи переносится к плазматической мембране. Конечным этапом является секреция неактивного фермента посредством процесса, обратного пиноцитозу. Пищеварительные ферменты, выделяемые поджелудочной железой, синтезируются в неактивной форме, чтобы они не могли разрушать клетки, в которых они образуются. Фермент в неактивной форме называется проферментом или зимогеном. Примером может служить трипсиноген, превращающийся в активный трипсин в двенадцатиперстной кишке.

Обычно у белков, поступающих в аппарат Гольджи из ЭР, имеются короткие олигосахаридные цепи, т. е. они представляют собой гликопротеины (подобно мембранным белкам, изображенным на рис. 7.11). Такие углеводные "антенны" в аппарате Гольджи могут претерпевать модификацию, превращающую их в маркеры, с помощью которых белок направляется строго по своему назначению. Однако, каким образом аппарат Гольджи сортирует и распределяет молекулы, в точности не известно. Присоединение гликозильных групп к белкам, в результате чего возникают гликопротеины, носит название гликозилирование; гликозилированием сопровождается образование многих белков.

Аппарат Гольджи участвует иногда и в секреции углеводов, например при синтезе материала клеточных стенок у растений. Рис. 7.21 свидетельствует об усиленной его активности в области "клеточной пластинки", т. е. в той области, где после деления ядра (митоза или мейоза) между двумя только что образовавшимися дочерними ядрами закладывается новая клеточная стенка.

Рис. 7.21. Электронная микрофотография, на которой видна клеточная пластинка, образующаяся в растительной клетке во время телофазы митоза, × 15000

Пузырьки Гольджи направляются к нужному месту на клеточной пластинке при помощи микротрубочек (их мы опишем позднее) и здесь сливаются. Их мембраны становятся частью новых плазматических мембран дочерних клеток, а их содержимое используется для построения срединной пластинки и новых клеточных стенок. Методом радиоавтографии было показано, что радиоактивно меченная глюкоза, поглощенная делящимися растительными клетками, сначала появляется в аппарате Гольджи, а позднее ( в пузырьках Гольджи) включается в полисахариды, предназначенные для построения клеточных стенок. По-видимому, это полисахариды матрикса клеточных стенок, а не целлюлоза, которая в пузырьках Гольджи не синтезируется.

Два рассмотренных нами примера — секреторная активность ацинарных клеток поджелудочной железы и образование новых клеточных стенок в делящихся растительных клетках — показывают, каким образом многие клеточные органеллы могут объединяться для выполнения какой-нибудь одной функции.

Аппаратом Гольджи секретируется важный гликопротеин муцин, в растворе образующий слизь. Он выделяется бокаловидными клетками, находящимися в толще эпителия слизистой оболочки кишечника и дыхательных путей. В клетках кончика корня имеется аппарат Гольджи, секретирующий богатую мукополисахаридами слизь, которая смачивает кончик корня и облегчает его проникновение в почву. В железах листьев насекомоядных растений — росянки (Drosera) и жирянки (Pinguiculd) — аппарат Гольджи секретирует клейкую слизь и ферменты, с помощью которых эти растения ловят и переваривают добычу. Во многих клетках аппарат Гольджи участвует в секреции слизи, воска, камеди и растительного клея.

Иногда аппарат Гольджи принимает участие и в транспорте липидов. При переваривании липиды расщепляются и всасываются в тонком кишечнике в виде жирных кислот и глицерола. Затем в гладком ЭР липиды ресинтезируются. Они покрываются белковой оболочкой и через аппарат Гольджи транспортируются к плазматической мембране, где им предстоит покинуть клетку. Пройдя через плазматическую мембрану, они поступают преимущественно в лимфатическую систему.

Помимо перечисленных выше функций, связанных с секрецией белков, гликопротеинов, углеводов и липидов, аппарат Гольджи выполняет еще одну функцию — в нем формируются лизосомы, к описанию которых мы теперь перейдем.

7.2.8. Лизосомы

Лизосомы (от lysis — расщепление и soma — тело) обнаруживаются у большинства эукариотических клеток, но особенно много их в тех животных клетках, которые обладают способностью к фагоцитозу. Они представляют собой простые мембранные мешочки (стенка мешочка состоит из одинарной мембраны), наполненные гидролитическими (пищеварительными) ферментами — протеазами, нуклеазами, липазами и кислыми фосфатазами. Содержимое лизосом имеет кислую реакцию, и для лизосомных ферментов характерен низкий оптимум рН. Эти ферменты должны быть изолированы от всех остальных клеточных компонентов и структур, иначе они их разрушат. В животных клетках лизосомы обычно имеют округлую форму и диаметр от 0,2 до 0,5 мкм. Характерен вид лизосом на электронных микрофотографиях — они представляются гомогенными (рис. 7.22).

Рис. 7.22. Электронная микрофотография вторичной лизосомы. × 90750

В растительных клетках роль лизосом могут играть крупные центральные вакуоли. Впрочем, иногда в цитоплазме, особенно в погибающих клетках, бывают видны тельца, напоминающие по своему виду лизосомы животных клеток. Большая часть работ, посвященных лизосомам, выполнена на животных клетках.

Заключенные в лизосомах ферменты синтезируются на шероховатом ЭР и транспортируются к аппарату Гольджи. Позже от него отпочковываются пузырьки Гольджи, содержащие ферменты, подвергшиеся необходимым превращениям. Такие пузырьки называются первичными лизосомами. Они выполняют ряд функций, связанных главным образом с внутриклеточным перевариванием, но иногда и с секрецией пищеварительных ферментов. Эти функции описаны ниже и перечислены на рис. 7.23.

Рис. 7.23. Три процесса, в которых участвуют первичные лизосомы. Цифры 1, 2 и 3 указывают порядок, в котором эти процессы описаны в тексте

Переваривание материалов, поглощенных путем эндоцитоза

Эндоцитоз вкратце охарактеризован в разд. 7.2.2. С пузырьками или вакуолями, образовавшимися в процессе эндоцитоза, могут сливаться первичные лизосомы. При этом образуются вторичные лизосомы, в которых происходит переваривание материалов, поступивших в клетку путем эндоцитоза. У некоторых простейших, например у амеб, эндоцитоз — это способ поглощения пищи. В других случаях он выполняет защитную функцию, когда, например, специализированные лейкоциты (фагоциты) и макрофаги захватывают и переваривают попавшие в организм бактерии. Вторичную лизосому можно назвать также пищеварительной вакуолью. Продукты переваривания поглощаются и усваиваются цитоплазмой клетки, но часть материала так и остается непереваренной. Вторичная лизосома, содержащая этот непереваренный материал, называется остаточным тельцем. Остаточные тельца направляются обычно к плазматической мембране, и здесь их содержимое выводится наружу (экзоцитоз). В некоторых клетках, в частности в клетках сердечной мышцы и в клетках печени, остаточные тельца сохраняются.

Своеобразную роль играют лизосомы в клетках щитовидной железы, которые под действием тиреотропного гормона (ТТГ) поглощают путем пиноцитоза тиреоглобулин. Образовавшиеся пиноцитозные пузырьки сливаются с первичными лизосомами, и тиреоглобулин подвергается частичному гидролизу для того, чтобы превратиться в активный гормон тироксин. Только после этого лизосомы путем слияния с плазматической мембраной изливают свое содержимое наружу — выделяют этот гормон в кровь.

Автофагия

Автофагией называется процесс, посредством которого клетка уничтожает ненужные ей структуры. Сначала эти структуры окружаются одинарной мембраной, отделяющейся обычно от гладкого эндоплазматического ретикулума, а затем такой мембранный мешочек с заключенной в нем структурой сливается с первичной лизосомой, в результате чего образуется вторичная лизосома, или автофагическая вакуоль, в которой структура переваривается. Данная последовательность событий входит как составная часть в естественный круговорот цитоплазматических органелл, при котором старые органеллы заменяются новыми. Автофагия наблюдается чаще в клетках, претерпевающих реорганизацию во время дифференцировки.