Полная версия

Главная arrow География arrow БИОЛОГИЯ: КЛЕТКИ И ТКАНИ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Везикулярный транспорт.

Все мембранные органоиды в клетке тесно связаны друг с другом и функционируют как единое целое. Клетка постоянно взаимодействует с внешней средой и должна кооперировать этот процесс с работой внутриклеточных органелл. Для этого в клетке сформировался сложный регулируемый механизм адресной доставки веществ к местам их предназначения. Такой системой является аппарат везикулярного транспорта макромолекул с помощью небольших транспортных пузырьков (везикул). В этой системе задействованы все мембранные структуры и органоиды клетки: плазматическая мембрана, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, транспортные пузырьки (рис. 3.24).

Система мембранных структур клетки, участвующих в везикулярном транспорте

Рис. 3.24. Система мембранных структур клетки, участвующих в везикулярном транспорте

Мембрана, которая образует транспортные пузырьки, называется донорной, а мембрана, к которой они направляются — акцепторной. В каждом конкретном случае донорные и акцепторные мембраны могут принадлежать к разным элементам мембранной системы клетки.

Основными путями везикулярного транспорта макромолекул являются антероградный (экзоцитозный) путь, осуществляющий доставку вновь синтезированных в клетке белков и липидов через ЭПР и АГ к плазматической мембране или другим внутриклеточным орга- неллам (эндосомам, лизосомам), и противоположный ему по направлению ретроградный (эндоцитозный) путь. По эндоцитозному пути осуществляется транспорт макромолекул различной природы от плазматической мембраны к месту их деградации в лизосомах или вещества; они могут возвращаться обратно к плазматической мембране (путь рециклирования) или доставляться к плазматической мембране на противоположный конец клетки (трансцитозный путь).

Антероградный (биосинтетический) путь проходят образующиеся после синтеза на рибосомах белки, попадающие в цистерны эндоплазматического ретикулума, упаковывающиеся там в транспортные везикулы и направляемые к цис-цистернам аппарата Гольджи. Проходя через АГ, белки модифицируются и сортируются и по достижении транс-цистерн аппарата Гольджи упаковываются в транспортные пузырьки (везикулы), судьба которых может быть различна. Так, если белки должны секретироваться во внешнюю среду путем экзоцитоза, они попадают в крупные (до 500 нм) секреторные гранулы, и тогда этот участок пути называется секреторным. Другие белки направляются к плазматической мембране, и в этом случае мелкие транспортные везикулы формируются из мембран последней транс-цистерны АГ. Другие везикулы, также образованные из транс-цистерн аппарата Гольджи, направляются в эндосомы и лизосомы. Таким образом, пункт конечного назначения антероградного пути может находиться как вне клетки, так и внутри нее, однако в любом случае он начинается в клетке. Основной сортирующей станцией антероградного пути являются мембраны транс-цистерн АГ.

Ретроградный (эндоцитозный) путь начинается с плазматической мембраны, обеспечивая связь клетки с внешней средой. Эндоцитоз традиционно разделяют на клатрин-зависимый, в ходе которого образование окаймленных пузырьков происходит с участием специального белка — клатрина, и клатрин-независимый. Клатрин-опушенные пузырьки могут образовываться в разных частях мембранной системы клетки: из плазматической мембраны, из транс-ммембран АГ, из мембран эндосом. Частным случаем клатрин-зависимого эндоцитоза является фагоцитоз (см. параграф 3.1).

Клатрин-независимые транспортные пузырьки формируются в мембранах эндоплазматической сети или АГ с помощью специальных СОР-1 и СОР-Н белков и переносятся антероградно в цис-цистерны АГ или ретроградно в цистерны эндоплазматической сети.

Рассмотрим основные стадии транспортных процессов в клетке (рис. 3.25).

  • 1. Образование окаймленной ямки и отпочковывание пузырька. На этой стадии транспортируемые молекулы — «грузы» — через специфические рецепторы связываются с мембраной-донором. Регулируют этот процесс специальные ГТФ связывающие белки из семейства Rab и белки связывания SNARE (soluble Nethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor).
  • 2. Перемещение пузырька к целевой акцепторной мембране (путем диффузии или при участии цитоскелета). На этой стадии происходит отделение от транспортной везикулы клатриновых белков опушения. Направление пузырька к определенной мембране органоида происходит с помощью специальных аминокислотных последовательностей на белках связывания. Белки, направляемые в один и тот же компар- тмент, несут на себе определенные сигналы локализации, узнаваемые специальными мембранными рецепторами. Эти рецепторы, взаимодействуя с компонентами формирующейся везикулы (как структурными, так и регуляторными), обеспечивают сортировку определенного класса белков в соответствующие транспортные пузырьки. Например, последовательность лизин-аспарагин-глутамин-лейцин на концевых участках пептида определяет слияние пузырька именно с мембраной эндоплазматического ретикулума. В 1999 г. Гюнтеру Блобелю за открытие этих сигнальных последовательностей в белках была вручена Нобелевская премия.
Основные этапы везикулярного транспорта

Рис. 3.25. Основные этапы везикулярного транспорта

3. Заякоревание (anchoring, tethering) или стыковка (docking) пузырька к акцепторной мембране с помощью Rab-белков и белков из группы SNARE.

SNARE-белки (более 20) отвечают за слияние донорной и акцепторной мембран. Каждая находится на поверхности специфических донорных (vSNAR) и акцепторных (tSNAR) мембран. Взаимодействуя, v- и t-SNAR-белки объединяются в SNARE-комплекс, обеспечивающий стабильное слияние мембран.

Rab-белки — мономерные ГТФ-азы (более 60), причем мембрана каждой органеллы имеет хотя бы один Rab-белок на мембране со стороны цитоплазмы. Присоединение ГТФ приводит к активации Rab-белков. Они регулируют стыковку везикул и связывание v-SNAR-ов и t-SNAR-ов, необходимых для слияния мембран. Специфичность Rab- белков к различным мембранам клетки определяет точную пространственно-временную регуляцию транспорта везикул: ее образование, время ее отделения от донорной мембраны, способность заякореваться, и сливаться с мембраной-акцептором и т. д. Так, например: Rabl присутствует на мембране эндоплазматического ретикулума и АГ, Rab2 — на цис- мембранах АГ; Rab3A — на мембранах синаптических пузырьков и секреторных гранул; Rab4 и Rab5C — на мембранах ранних (первичных) эндосом; Rab5A — на плазматической мембране и клатриновых пузырьках; Rab6 — на промежуточных и транс-мембранах АГ; Rab7, Rab9 — на мембранах поздних (вторичных) эндосом; Rab8 - на мембранах секреторных пузырьков.

  • 4. Слияние (fusion) мембраны пузырька с акцепторной мембраной и переход его содержимого в просвет органоида или в случае плазматической мембраны выброс во внеклеточную среду (секреция).
  • 5. Рециклинг регуляторных белков. После слияния с акцепторной мембраной регуляторные белки отсоединяются от мембраны транспортного пузырька и направляются в соседний участок акцепторной мембраны, где формируются пузырьки, направляемые в рециркуляцию.

В результате везикулярный транспорт происходит с очень высокой точностью, вероятность ошибочных слияний, так же как и неверной сортировки, очень низкая, а уровень координации всех протекающих в клетке транспортных процессов очень высок.

За исследование сложных процессов везикулярного транспорта в 2013 г. Нобелевскую премию по физиологии и медицине вручили Джеймсу Ротману, Рэнди Шекману и Томасу Зюдорфу.

Наряду с клатрин-независимым эндоцитозом, существует процесс образования кавеол — небольших впячиваний мембраны, из которых затем образуются транспортные пузырьки. С цитоплазматической стороны кавеолы покрыты белком кавеолином. В образовании кавеол принимают участие три изоформы этого белка — кавеолин-1, кавео- лин-2 и кавеолин-3. Процесс образования кавеол зависит от содержания холестерола в плазматической мембране и, как правило, наблюдается в районах формирования липидных рафтов. (про рафты см. параграф 3.1).

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>