Ендоплозматіческоя мережу (ЕРС) - органела, що забезпечує синтез вуглеводів, ліпідів і білків, а також початкові Посттрансляційні зміни останніх. Вона має мембранне будову і складається з системи сплощених, подовжених, трубчастих і везикулярний утворень. Назва органели обумовлено характером зв'язку цих елементів один з одним, утворюють в цитоплазмі безперервну тривимірну мережу, елементи якої лише на окремих зрізах можуть мати вигляд ізольованих структур. Мембрана ЕРС тонше, ніж плазмолемма і містить більш високу концентрацію білка, що пов'язано з наявністю в ній численних ферментних систем. Ступінь розвитку ЕРС і особливості її будови варіюють в різних клітинах і залежать від їх функції. Виділяють два різновиди ЕПС: гранулярную ЕРС (грЕПС) і гладку, або гладкого ЕПС (аЕПС), які пов'язані (один з одним в області переходу, званої перехідної (транзиторною ЕРС (ріс.3-7)
Рис 3-7. Ендоплаематіческая мережу. грЕПС: ПС - полісоми, М - мембрана, Ц цистерни; аЕПС: ТР - трубочка, П - бульбашки; пЕПС - перехідна ЕРС.
Рис 3-8 Синтез білка на гранулярних ендоплазматичної мережі. БСР -велика субодиниця рибосоми, МСР - мала субодиниця рибосоми, РФ - рібофоріни СРЧ - сигнал-розпізнає частинка, ПБ - причальний білок, СК - сигнальні кодони (іРНК), СП - сигнальний пептид, СПД - сигнальна пептідаза, П - пептид (продукт синтезу). Світла стрілка - зв'язування БСР з РФ, темна стрілка - зв'язування СРЧ з ПБ.
Гранулярна ЕРС забезпечує (1) біосинтез всіх мембранних білків і білків, призначених для експорту з клітки, і (2) початкове гликозилирование і Посттрансляційні зміни білків молекул. Гранулярна ЕРС утворена сплощеними мембранними цистернами і трубочками, на зовнішній поверхні яких розташовуються рибосоми і полісоми, що надають мембран зернистий (гранулярний) вид (див. Рис. 3-7 і 3-8), що і відображено в назві органели. Мембрани грЕПС містять особливі білки, які забезпечують (1) зв'язування рибосом і (2) уплощеше цистерн. Порожнина грЕПС зі тримає пухкий матеріал помірної щільності (продукти синтезу) і повідомляється з перінуклеарним простором (див. Нижче). Завдяки грЕПС відбувається відділення (сегрегація) знову синтезованих білкових молекул від гіалоплазми.
Синтез білка на грЕПС починається на вільних полісомах, які в подальшому зв'язуються з мембранами ЕПС (див. Рис. 3-8). Н першому етапі взаємодії іРНК з рибосомами відбувається утворення особливого сигнального пептиду (довжиною 20-25 амінокислот), що зв'язується з рібонуклеопротєїдних комплексом - сигнал-розпізнати часткою (СРЧ). Приєднання СРЧ до сигнального пептиду пригнічує подальший синтез білка до тих пір, поки комплекс СРЧ-полісома НЕ зв'яжеться зі специфічним рецептором на мембрані ЕРС - причальним білком (docking protein в англомовній літературі). Після зв'язування з рецептором СРЧ відділяється від полісом, що розблокує синтез білкової молекули. У мембрані грЕПС є інтегральні рецепторні білки рібофоріни, що забезпечують прикріплення великих субодиниць рибосом. Ці білки не дифундують в область аЕПС і формують гідрофобні канали в мембрані, службовці для проникнення знову синтезованої білкового ланцюжка в просвіт грЕПС що, поряд з рібофорінамі, сприяє утриманню рибосом на поверхні мембран грЕПС.
В просвіті грЕПС сигнальний пептид відщеплюється особливим ферментом сигнальної пептидаз, яка розташовується на внутрішній поверхні мембрани. В ході триваючої трансляції всередині цистерни грЕПС накопичується білок, який набуває вторинну і третинну структуру, а також піддається початковим посттрансляційних Зміна - гидроксилированию, сульфатами і фосфорилированию. Найбільш важливим з цих змін є гликозилирование - приєднання до білків олигосахаридов з утворенням глікопротеїнів, яке відбувається перед секрецією або транспортом більшості білків до інших ділянок всередині клітини (комплексу Гольджі, лізосом або плазмолемме). На відміну від них, розчинні білки гіалоплазми НЕ глікозовані. Глікозилювання забезпечується пов'язаним з мембраною ферментом глікозілтрансферази, переносить олігосахарид.
Хоча грЕПС присутній у всіх клітинах (за винятком сперміїв), ступінь її розвитку істотно варіює. Вона особливо добре розвинена у клітинах, що спеціалізуються на білковому синтезі, наприклад, в епітеліальних залізистих клітинах ацинусів підшлункової залози (що виробляють травні ферменти), фібробластах (синтезують колаген і ряд інших білків), плазматичних клітинах (які продукують імуноглобуліни). Для всіх цих клітин характерна виражена базофилия цитоплазми в області розташування елементів грЕПС. В нейронах окремим компактним скупченням цистерн грЕПС на светооптаческом рівні відповідають окреслені ділянки базофілії цитоплазми, які в сукупності називаються хроматофільной субстанцією або тільцями Нісль.
Агранулярна (гладка) ЕРС є тривимірною замкнуту мережу мембранних анастомозирующих трубочок, канальців, цистерн і пухирців діаметром 20-100 нм, на поверхні яких рибосоми відсутні (див. Рис. 3-7), що визначило її назву. Відповідно, на мембранах аЕПС відсутні рецептори, що зв'язують субодиниці рибосом (рібофоріни). Припускають, що аЕПС утворюється в результаті формування виростів грЕПС, мембрана яких втрачає рибосоми.
Здатність аЕПС до накопичення іонів Са 2+ обумовлена наявністю (1) кальцієвого насоса в її мембрані, який забезпечує транспорт цих іонів з гіалоплазми всередину цистерн аЕПС; (2) кальцій-зв'язуючих білків (кальсеквестріна в м'язових клітинах, кальретікуліна - переважно в нем'язові і ін.), Які в просвіті цистерн утворюють комплекс з іонами Са 2+ і (3) кальцієвих каналів в мембрані аЕПС, які здійснюють виведення Са 2+ в гіалоплазму. Механізми дії кальцієвих каналів неоднакові в клітка різних типів. Функція накопичення іонів Са 2+ особливо виражена в м'язових клітинах, в яких спеціалізована аЕПС (іменованому саркоплазматической мережею) забезпечує м'язове скорочення шляхом накопичення і виділення значних кількостей іонів Са 2+. зв'язуються з особливими білками.
Зазвичай аЕПС в вдтоплазме займає менший обсяг, ніж грЕПС проте вона дуже добре розвинена в клітинах, які синтезують стероїди тригліцериди і холестерин. Так, аЕПС займає значну частину обсягу цитоплазми в клетеах, які активно продукують стероїдні гормони (клітини коркового речовини надлочечніка, интерстици | альні гландулоціти яєчка (клітини Лейдіга), клітини жовтого тіла яєчника (лютеоціти) і ін. Вона також добре розвинена в клітинах печінки ( гепатоцитах), де її ферменти беруть участь в процесах окислення, кон'югації і метилування, які забезпечують нейтралізацію і детоксикацію ряду гормонів і шкідливих вещест (алкоголю, інсектицидів та ін.).
Перехідна (транзітортя) ЕРС - ділянку переходу грЕПС в аЕПС у що формується поверхні комплексу Гольджі. В області перехідної ЕРС трубочки розпадаються на окремі фрагменти, що утворюють облямовані транспортні пухирці, які переносять матеріал з ЕРС в комплекс Гольджі (рис. 3-9),
Комплекс Гольджі - складно організована мембранна органела, утворена трьома основними елементами - (1) стопкою сплощених мішечків (цистерн), (2) бульбашками і (3) вакуолями, або секреторними бульбашками (див. Рис. 3-1 і 3-9). Комплекс цих елементів називається діктіосоми (від грец. Diktion - мережа); в деяких клітинах є множинні діктіосоми (до декількох сотень). У спеціалізованих секреторних клітинах комплекс Гольджі розташовується над'ядерном під апикальной частиною клітини, через яку відбувається вьщеленіе секрету механізмом екзоцитозу. Нерідко він лежить у ядра поблизу центріолей, в деяких клітинах його компоненти розсіяні по всій цитоплазмі.
Цистерни мають вигляд вигнутих дисків ( "блюдець") діаметром 0,5-5 мкм і утворюють стопку з 3-30 елементів, розділених простором 15-30 нм; опуклою стороною стопка зазвичай звернена до ядра, увігнутою - до плазмолемме. Кожна група цистерн всередині стопки відрізняється особливим складом ферментів, определяюшім характер реакцій процесингу білків. Периферичні відділи цистерн кілька расцщрени, від них отщепляются бульбашки і вакуолі. Механізм, удержіющій стопку в ввде єдиного освіти, невідомий. При наявності в клітці множинних діктаосом їх цистерни пов'язані один з одним системою анастомозирующих і розгалужених трубочок.
Мал. 3-9. Синтетичний апарат клітини: грЕПС продукує білки, які переносяться до незрілої поверхні (НП) комплексу Гольджі (КГ). Від зрілої поверхні (ЗП) відокремлюються секреторні пухирці (СП), вміст яких виділяється за межі клітини при злитті мембрани СП з плазмолеммой (ПЛ).
2. Бульбашки - сферичні оточені мембраною елементи діаметром 40-80 нм з вмістом умерешой щільності; утворюються шляхом олтщепленія від цистерн.
3. Вакуолі - великі (діаметр - 0.1-1.0 мкм), оточені мембраною сферичні освіти, що відділяються від цистерни на зрілої поверхні комплексу Гольджі (див. Нижче) в деяких залізистих клітинах. Ош містять секреторний продукт помірної щільності, що знаходиться в процесі конденсації (конденсуючі вакуолі).
Полярність комплексу Гольджі. Комплекс Гольджі являє собою поляризовану структуру, в якій виділяють дві поверхні, обладаюших структурними і функціональними відмінностями:
(А) цис- (від лат. Cis - по цей бік), незрілу, яка формується - випуклої форми, звернену до ЕРС і пов'язану з системою Мелкшам (транспортаих) пузирисов, відщеплюються від ЕРС;
(Б транс- (від лат. Trans - по ту сторону), зрілу - ввігнутої форми, повернутим до плазмолемме і пов'язану з відокремлюються від цистерн вакуолями. Між цистернами цис- і транс-поверхонь розташовуються цистерни медіальної частини комплексу Гольджі.
Транспорт речовин в комплексі Гольджі. Білки проникають в стопку цистерн комплексу Гольджі з транспортних бульбашок з цис-поверхні, а виходять в вакуолях з транс-поверхні; яким чином здійснюється їх перенесення всередині комілекса, в ході якого відбувається їх процесинг, залишається неізвестньм. Можливі шляхи цього транспорту опісьшаются двома моделями:
Мал. 3-10. Синтетичний апарат клітини (схема). ГрЕПС (синтез і початковий процесинг білків): СБ - секреторні білки, ЛБ - лізосомальні білки, БП - белк »плазмолеми; комплекс Гольджі (процесинг білків): ТП - транспортні пухирці, ЦЦ - цис-цистерни (комплексу Гольджі), МЦ - медіальні цистерни, ТЦ - транс-цистерни, СТГ - мережа транс-Гольджі (сортування білків), К - клатріна, СГ - секре-торная гранула, ПЛ - первинна лизосома, ПЛЛ - плазмолемма, К - клатріна.
1) модель переміщення цистерн постулює, що за рахунок злиття транспортних бульбашок на цис-поверхні безперервно відбувається новоутворення цистерн (що лягло в основу терміна "формується поверхня"), в подальшому смещающихся до транс-поверхні, після досягнення якої вони розпадаються на вакуолі ( " зріла поверхню "). Відповідно до цієї моделі, одні операції процесингу змінюються іншими при переміщенні самої цистерни по ходу змін її складу. Транспорт речовин з однієї цистерни в іншу, відповідно до описаної моделлю, відсутня;
2) модель везикулярного транспорту передбачає, що цистерни не змінюють свого розташування (залишаються постійно на своєму місці), а продукти синтезу переносяться від цис- до транс-поверхні в бульбашках (везикулах), які відокремлюються від попередньої цистерни, зливаючись з подальшою.
Функції комплексу Гольджі:
1. Синтез полісахаридів і глікопротеїнів (гликокаликса, слизу);
2. Процессинг молекул: включення вуглеводних компонентів в глікопротеїни, які транспортуються з грЕПС (термінальне гликозилирование), додавання фосфатних груп (фосфорилювання), жирних кислот (ацилирование), сульфатаих залишків (сульфатами), часткове розщеплення білкових молекул (протеолітична доопрацювання). Кожен їх зазначених етапів процесингу речовин усередині комплексу Гольджі здійснюється в топографічно певному його компоненті (цис-, медіальних або транс-цистернах, а також мережі транс-Гольджі);
3. Конденсація секреторного продукту (в конденсують вакуолях і освіту секреторних гранул;
4. Забезпечення новостворених гранул мембраною (синтезованої в ЕРС) і упаковка в неї секреторних продуктів; в процесі секрещщ ця мембрана вбудовується в плазмолемму, збільшуючи площу її поверхні;
5. Сортування білків на транс-поверхні (в мережі транс-Гол джи) перед їх остаточним транспортом. Напрямок подальшого транспорту різних білків ю комплексу Гольджі залежить від осоенностей їх глікозилювання, фосфорилювання і сульфатирования Сортування проводиться за допомогою специфічних мембранних рецепторних білків, які розпізнають сигнальні ділянки на макромолекулах і направляють їх до відповідних бульбашки.
Транспорт білків з комплексу Гольджі здійснюється в ставі трьох найважливіших потоків (рис. 3-10): (1) в гідролазних бульбашки (раніше звані первшнимі лизосомами) - початково у вигляді обрамлених пузьфьков, (2) в плазмолемму (в складі облямованих ков) і (3) в секреторні гранули (у вигляді обрамлених бульбашок втрачають надалі оболонку).