Главная > Химия > Биохимия, Т.3
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

29.32. Модификация и сортировка гликопротеинов происходит в аппарате Гольджи

Белки, находящиеся во внутреннем пространстве ЭР и в его мембране, переносятся в аппарат Гольджи - стопку уплощенных мембранных мешков (рис. 29.47). В этой органелле олигосахаридное «ядро» гликопротеинов удаляется и к ним присоединяются новые сахара. Кроме того, аппарат Гольджи сортирует и упаковывает гликопротеины для транспортировки в другие участки клетки. Гликопротеины доставляются из ЭР к выпуклой поверхности аппарата Гольджи в пузырьках диаметром 500 А, окруженных оболочкой, покрытой чем-то вроде щетинок (рис. 29.48). Эта оболочка представляет собой многогранную решетчатую структуру, состоящую из субъединиц клатрина массой (рис. 29.49). Эти так называемые окаймленные пузырьки отпочковываются от ЭР и затем сливаются с аппаратом Гольджи. Кроме того, они переносят мембранные белки от вогнутой поверхности аппарата Гольджи в лизосомы, к плазматической мембране и в другие участки клетки. К тому же окаймленные пузырьки переносят белки и липиды от плазматической мембраны к внутренним мембранам. Таким образом, клатрин играет ключевую роль в переносе фрагментов мембраны в пределах клетки. Важно отметить, что во время этих процессов переноса асимметрия мембран сохраняется. Внутренняя поверхность мембраны окаймленного пузырька и аппарата Гольджи соответствует внутренней стороне мембраны ЭР.

Рис. 29.46. Активированное олигосахаридное ядро синтезируется путем последовательного присоединения отдельных остатков сахаров. Затем весь блок переносится на боковую цепь определенного остатка аспарагина новообразованного белка во внутреннем пространстве ЭР.

Когда окаймленные пузырьки сливаются с плазматической мембраной, их внутренняя поверхность становится наружной поверхностью плазматической мембраны. Следовательно, внутренние

Рис. 29.47. Электронная микрофотография (вверху) и схематическое изображение (внизу) аппарата Гольджи. В этой органелле происходит модификация, сортировка и упаковка гликопротеинов. (Электронная микрофотография печатается с любезного разрешения д-ра Lynne Mercer.)

поверхности мембраны ЭР и других органелл соответствуют наружной поверхности плазматической мембраны (рис. 29.50). По этой причине углеводные группы гликопротеинов плазматической мембраны всегда расположены на ее наружной поверхности (разд. 10.12).

В аппарате Гольджи происходит перестройка олигосахаридных групп гликопротеинов. Единственная оставшаяся глюкоза и несколько оставшихся манноз олигосахаридного «ядра» удаляются. На этом формирование углеводных остатков некоторых гликопротеинов заканчивается. Более сложные олигосахариды других гликопротеинов образуются путем последовательного присоединения сахаров к остаткам

Рис. 29.48. Электронная микрофотография окаймленных пузырьков (вверху). Схема окаймленного пузырька. (Печатается с любезного разрешения д-ра Barbara Pearse.)

Рис. 29.49. Изображение реконструированного окаймленного пузырька. Оно получено наложением многих электронных микрофотографий. [Woodwart M, Р., Roth Т. F., J. Supramol. Structure, 11, 240 (1979).]

Рис. 29.50. Асимметрия клеточных мембран. Внутренние поверхности ЭР и других органелл соответствуют наружной поверхности плазматической мембраны.

«ядра». Например, в качестве активированных доноров при синтезе концевого три-сахаридного остатка, обнаруженного в некоторых гликопротеинах, выступают UDP-N-ацетилглюкозамин, UDP-галактоза и СМР-нейраминидат (рис. 29.51). Этот последний этап биосинтеза, протекающий в аппарате Гольджи, получил название окончательного гликозилирования - в отличие от гликозилирования олигосахаридного «ядра», которое происходит в ЭР.

Как происходит сортировка гликопротеинов в аппарате Гольджи? Каким путем они доставляются в места назначения? Ответа на эти интригующие вопросы пока нет, но ключом к пониманию проблемы может послужить болезнь I-клеток (ее также называют муколипидозом II). Это нарушение функции лизосом наследуется как аутосомный рецессивный признак и характеризуется сильной задержкой психомоторного развития и деформацией скелета. Лизосомы в соединительных тканях больных содержат крупные включения (название болезни происходит от англ. inclusion - включение) непереваренных гликозаминогликанов и гликолипидов. Наличие этих включений обусловлено отсутствием в лизосомах больных по меньшей мере восьми ферментов, необходимых для их расщепления. В то же время огромные количества этих ферментов обнаруживаются в моче и крови больных. Следовательно, синтез активных ферментов при болезни I-клеток происходит, но вместо того, чтобы запасаться в лизосомах, они экспортируются из клетки. Другими словами. при болезни I-клеток целый ряд ферментов локализуется в неправильном месте. Эти ферменты не содержат маннозо-6-фосфата, который обычно с ними связан. Следовательно, маннозо-6-фосфат, по всей вероятности, представляет собой маркер, направляющий в норме многие гидролитические ферменты из аппарата Гольджи в лизосомы. Интересно выяснить, участвуют ли углеводные остатки других гликопротеинов в регуляции внутриклеточных передвижений.

Заключение

Эукариотическая хромосома содержит одну молекулу двухспиральной ДНК, которая по крайней мере в 100 раз длиннее, чем молекулы ДНК в клетках прокариот. ДНК прочно связана с основными белками, которые называются гистонами. Хроматиновая нить представляет собой гибкую цепь нуклеосом. «Ядро» этого повторяющегося элемента (минимальная нуклеосома, кор) содержит фрагмент ДНК длиной 140 пар оснований, накрученный на октамер гистонов, в состав которого входят по две молекулы гистонов Минимальные нуклеосомы соединены между собой линкерной ДНК, длина которой обычно составляет 60 пар оснований, связанной с одной молекулой гистона Благодаря нуклеосомам ДНК может укорачиваться в семь раз. Это - первый уровень конденсации ДНК. Эукариотическая ДНК реплицируется полуконсервативным путем и наполовину непрерывно (т.е. получает по одной из родительских цепей), причем репликация

Рис. 29.51. Завершающая стадия синтеза содержащего нейраминидат углеводного остатка гликопротеина (трансферрина человека). Эта реакция происходит в аппарате Гольджи.

начинается в нескольких тысячах мест. Большое число точек инициации обусловлено огромной длиной эукариотической ДНК по сравнению с прокариотической.

Кинетика реассоциации денатурированной нагреванием ДНК показывает, что эукариотическая ДНК в отличие от прокариотической содержит много повторяющихся последовательностей оснований. ДНК с большим числом повторов (сателлитная ДНК) обычно расположена вблизи от центромер. Некоторые сателлитные ДНК представляют собой гептануклеотидную последовательность, повторенную более раз. Другая фракция ДНК с умеренным числом повторов. В геноме многих эукариот гены рибосомных РНК и гистонов присутствуют в количестве десятков или сотен копий. Большая часть ДНК с умеренным числом повторов играет, по-видимому, какую-то регуляторную роль. Третья фракция - уникальная ДНК. Она состоит из последовательностей, которые встречаются в гаплоидном геноме только один или несколько раз. Многие из таких белков, как фиброин шелка, гемоглобин и овальбумин, кодируются уникальными генами. Эти гены дают большие количества стабильной мРНК. Уникальные последовательности обычно перемежаются с умеренно повторяющимися последовательностями. Кроме того, для высших эукариот характерно наличие вставочных последовательностей во многих генах, кодирующих белки.

РНК в эукариотических клетках синтезируется тремя типами РНК-полимераз. Первичные транскрипты претерпевают существенные изменения, прежде чем они перейдут из ядра в цитозоль в виде зрелых молекул рРНК, тРНК и мРНК. Информационные РНК получаются из гораздо более длинных первичных транскриптов (мРНК) путем расщепления и воссоединения фрагментов. Эукариотическая информационная РНК имеет на -конце «колпачок» и на 3-конце обычно длинную -последовательность. Единственный транслируемый участок мРНК обрамлен некодирующими последовательностями, иногда очень длинными. Набор мРНК в эукариотической клетке зависит от избирательного процессинга первичных транскриптов, а также от скорости транскрипции различных генов. Регуляция на уровне трансляции, по-видимому, играет менее важную роль при детерминировании набора белков, синтезируемых каждой данной клеткой. -рибосома эукариот состоит из и -субчастиц. Как и у прокариот, у эукариот имеется особая инициаторная тРНК, но она не формилирована. Инициация у эукариот регулируется каскадом протеинкиназ, инактивирующих один из факторов инициации Митохондрии и хлоропласты содержат собственную ДНК, которая не связана с гистонами. Синтез белка в этих органеллах

напоминает синтез белка у бактерий.

Секреторные и мембранные белки синтезируются рибосомами, связанными с эндоплазматическим ретикулумом. Многие из этих белков содержат сильно гидрофобную N-концевую последовательность, которая служит сигналом для прикрепления рибосомы к мембране ЭР. Затем синтезирующаяся полипептидная цепь активно протягивается через мембрану ЭР, а сигнальная последовательность отщепляется на внутренней стороне. Почти ко всем белкам, синтезированным на связанных с мембранами полисомах, ковалентно присоединяется один или несколько углеводных остатков. В ЭР происходит перенос универсального олигосахаридного блока с активированного донора долихола на специфическую аспарагиновую боковую цепь. Гликопротеины переносятся из ЭР в аппарат Гольджи в окаймленных пузырьках. Эти пузырьки, покрытые клатрином, участвуют во многих процессах обмена между мембранными структурами. В аппарате Гольджи происходит укорачивание и окончательное гликозилирование олигосахаридных остатков. Кроме того, здесь гликопротеины сортируются и отправляются по назначению. Углеводные остатки, по-видимому, играют важную роль в этом процессе сортировки.

Рис. 29.52. Электронная микрофотография окаймленных пузырьков, лежащих на плазматической мембране клетки. (Печатается с любезного разрешения д-ра John Heuser.)

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление