Біохімічний склад мембран ендоплазматичної сітки, виявлений шляхом диференціального центрифугування, показав, що сітка містить білки і ліпіди, серед яких багато фосфоліпідів, а також ферменти: аденозинтрифосфатазу, ферменти синтезу мембранних ліпідів. При виготовленні мікроскопічних препаратів цитоплазма клітин з добре розвиненою гранулярною ендоплазматичною сіткою фарбується основними барвниками. У класичній гістології базофільна субстанція (тигроїд, або субстанція Нісля), описана в нейронах, є скупченням угрупувань гранулярної ендоплазматичної сітки.
Розрізняють два види ендоплазматичної сітки: гладку (агранулярну, аЕС), представлену трубочками, що анастомозують між собою, і шорстку (гранулярну, грЕС), побудовану з цистерн, також з’єднаних між собою і вкритих полісомами. Деякі автори виділяють ще перехідну, або транзиторну (тЕС) ендоплазматичну сітку, яка знаходиться в ділянці переходу однієї різновидності ЕС в іншу.
Гранулярна ЕС присутня у всіх клітинах (за винятком сперматозоїдів), однак ступінь її розвитку різний і залежить від спеціалізації клітин. Так, сильно розвинену грЕС мають епітеліальні залозисті клітини (підшлункової залози, які виробляють травні ферменти, печінкові — синтезують альбуміни сироватки крові), фібробласти (клітини сполучної тканини, які продукують білок калоген), плазматичні клітини (продукують імуноглобуліни).
Агранулярна ЕС переважає в клітинах надниркових залоз (здійснює синтез стероїдних гормонів), в м’язових клітинах (бере участь в обміні кальцію), в клітинах фундальних залоз шлунка (участь у виділенні Сl–).
Функції ендоплазматичної сітки. Гладка (агранулярна) і шорстка (гранулярна) ендоплазматичні сітки своїми мембранами і вмістом (матриксом) виконують чотири спільні функції:
(1) розмежувальну, структуруючу, яка забезпечує упорядкований розподіл цитоплазми, не допускає її змішування та потрапляння в органелу випадкових речовин;
(2) трансмембранний транспорт, завдяки якому здійснюється перенесення через стінку мембрани необхідних речовин;
(3) синтез мембранних ліпідів ферментами, які містяться в самій мембрані і забезпечують репродукцію ендоплазматичної сітки;
(4) вважають, що різниця потенціалів, яка виникає між двома поверхнями мембран органели можливо забезпечує проведення імпульсів збудження.
Крім того, кожна з різновидностей сітки виконує свої спеціальні функції.
Агранулярна ендоплазматична сітка, крім названих функцій, спільних для обох видів ЕС, виконує ще й властиві лише їй функції:
(1) Депо кальцію. У багатьох клітинах (скелетних і серцевих м’язах, нейронах, яйцеклітині) існують механізми, які забезпечують зміну концентрації Са2+, такі як Са2+-помпа, Са2+-канал, Са2+-зв’язувальний білок. У поперечнопосмугованій м'язовій тканині існує спеціалізована гладка ендоплазматична сітка, названа саркоплазматичним ретикулумом, яка є резервуаром Са2+, а її мембрани містять потужні кальцієві помпи, які в соті частки секунди можуть викидати велику кількість кальцію в цитоплазму або транспортувати його у порожнини каналів ретикулума (детальніше описана в курсі гістології в розділі про поперечносмугасту м'язову тканину).
(2) Синтез ліпідів, речовин типу холестерину і стероїдних гормонів. Синтез стероїдних гормонів відбувається головним чином в ендокринних клітинах гонад і надниркових залоз, а також в клітинах печінки, нирок. У клітинах кишечника синтезуються ліпіди, які у вигляді хіломікронів виводяться в лімфу, а потім у кров.
(3) Детоксикуюча функція — знешкодження екзогенних і ендогенних токсинів. Наприклад, в печінкових клітинах (гепатоцитах) є ферменти оксидази, які руйнують фенобарбітал.
(4) Ферменти органели беруть участь у синтезі глікогену (у печінкових клітинах).
(5) Дещо видозмінена гладка ендоплазматична сітка добре розвинена в парієтальних клітинах фундальних залоз шлунка. Там вона бере участь у механізмі, який забезпечує підтримання концентрації іонів хлору, необхідних для вироблення соляної кислоти як складової шлункового соку.
Гранулярна ендоплазматична сітка, крім названих спільних, виконує ще спеціальні функції.
(1) Синтез білків на грЕС має деякі особливості (рис. 2.22). Починається він на вільних полісомах, які в дальшому зв’язуються з мембранами ЕС. На першому етапі взаємодії іРНК з рибосомами відбувається утворення особливого сигнального пептида, який контактує з сигнал-розпізнавальною частиною (СРЧ). Комплекс СРЧ-рибосома зв’язується з рецептором на мембрані ЕС, який називається причальним білком. Крім того на мембрані грЕС є інтегральні рецепторні білки рибофорини (зв’язані з порою), що забезпечують прикріплення великої субодиниці, а тим самим і всієї рРНК. Після цього сигнал-розпізнавальна частина відділяється від рибосоми і на рибосомі починається синтез білка. Під дією сигнальної пептидази від’єднується сигнальний пептид і синтез білка продовжується, а білок через пору в мембрані ЕС виділяється в її просвіт. Після закінчення синтезу субодиниці рибосом дисоціюють, звільнюються від іРНК і можуть знов включатися в процес синтезу.
грЕС синтезує всі білки клітинних мембран (за винятком деяких гідрофобних білків внутрішніх мембран мітохондрій і хлоропластів), специфічні білки, розміщені у внутрішній фазі мембранних органел, а також секреторні білки, які транспортуються клітиною у внутрішню обмежену мембраною фазу цитоплазми і поступають у позаклітинний простір.
(2) Посттрансляційна модифікація білків: гідроксилування, сульфатування, фосфорилювання. Важливим посттрансляційним процесом є глікозилування — приєднання до білків олігосахаридів з утворенням глікопротеїдів, яке забезпечується зв’язаним з мембраною ферментом глікозилтрансферазою. Глікозилування відбувається перед секрецією або транспортом речовин до деяких ділянок у клітині (комплексу Гольджі, лізосом або плазмолеми).
(3) Транспорт речовин по внутрішньомембранній фазі сітки. Синтезовані білки просвітами ЕС переміщаються до комплексу Гольджі, який бере участь у виведенні речовин з клітини.
Згідно з сигнальною гіпотезою існує ряд механізмів, взаємодія яких забезпечує надходження синтезованих секреторних, мембранних і лізосомних білків в просвіт грЕС. Зокрема, в мембрані гранулярної ЕС є інтегральні рецепторні білки рибофорини, що забезпечують прикріплення більших субодиниць рибосом. Вони формують у мембрані гідрофобні канали, які служать для проникнення синтезованого білкового ланцюжка в просвіт гранулярної ЕС. На більшій субодиниці рибосом є сигнал-розпізнавальний білок. Взаємодія сигнал-розпізнавальної частини на рибосомі зі своїм рецептором на мембрані ЕС забезпечує потрапляння синтезованого білка через мембранний канал у просвіт грЕС.
(4) Гранулярна ендоплазматична сітка бере участь в утворенні комплексу Гольджі.
Комплекс Гольджі, або апарат Гольджі — це особлива частина метаболічної системи цитоплазми, яка бере участь у процесі виділення і формування мембранних структур клітини. Це мембранна органела, представлена трьома видами утворів: мішечками (інколи їх називають цистернами), розміщеними пучками щільно на відстані 14–25 нм з внутрішнім простором 5–20 нм (частіше по 5–6 мішечків у комплексі); системою трубочок діаметром 20–50 нм; і міхурців різних розмірів. Мішечки сполучаються між собою і мають трубочкове з’єднання з іншими такими ж апаратами (рис. 2.25). Окрему сукупність мішечків і трубочок називають диктіосомою. Диктіосоми можуть бути відділені одна від одної прошарками цитоплазми або з’єднаними у комплекс.
Локалізація комплексу Гольджі. В аполярних клітинах (наприклад, в нервових) комплекс Гольджі розміщений навколо ядра, в секреторних клітинах він займає місце між ядром і апікальним полюсом. Комплекс мішечків Гольджі має дві поверхні: одна з них — формувальна (незріла або регенераторна) цис-поверхня (від лат. cis — з цього боку), друга — зріла (функціональна) — транс-поверхня (від лат. trans — через, за). Стовпчик Гольджі своєю опуклою формувальною поверхнею обернений у бік ядра, прилягає до гранулярної ендоплазматичної сітки і містить дрібні круглі міхурці, названі проміжними. Зріла ввігнута поверхня стовпчика мішечків звернена до вершини (апікального полюса) клітини і закінчується більшими міхурцями.
Функції комплексу Гольджі:
(1) формування мембранних утворів і поповнення мембран плазмолеми;
(2) утворення лізосом і специфічної зернистості в лейкоцитах;
(3) конденсація секреторного продукту і формування секреторних гранул;
(4) синтез полісахаридів і глікопротеїнів (утворення глікокаліксу, слизу);
(5) важливою функцією цієї органели є модифікація білків — додавання до поліпептиду різних хімічних угруповань, наприклад, фосфатних (фосфорилювання), карбоксильних (карбоксилювання) тощо, формування складних білків (ліпопротеїдів, глікопротеїдів, мукопротеїдів) та розщеплення поліпептидів;
(6) комплекс Гольджі бере участь у секреторному процесі — виведенні речовин з клітин.
Білковий і частково вуглеводний вміст комплексу Гольджі надходить з гранулярної ендоплазматичної сітки, де він синтезується. Основна частина вуглеводного компонента утворюється в мішечках комплексу Гольджі за участю ферментів глікозилтрансфераз, які знаходяться в мембранах мішечків. У комплексі Гольджі відбувається остаточне формування клітинних секретів, що містять глікопротеїди і глікозаміноглікани. Таким чином, у комплексі Гольджі відбувається дозрівання секреторних гранул, які переходять у міхурці, і переміщення цих міхурців у напрямку плазмолеми. Остаточний етап секреції — це виштовхування сформованих (зрілих) міхурців за межі клітини. Виведення секреторних включень з клітини здійснюється шляхом вмонтовування мембран міхурця в плазмолему і виділення секреторних продуктів поза клітину.
У процесі переміщення секреторних міхурців до апікального полюса клітини мембрани їх потовщуються з початкових 5–7 нм досягають товщини плазмолеми 7–10 нм.
Необхідно відзначити, що існує взаємозалежність між активністю клітини і розмірами комплексу Гольджі. Так, секреторні клітини мають більші стовпчики комплексу Гольджі, тоді коли несекреторні містять малу кількість мішечків комплексу.
Утворення комплексу Гольджі. Мембрани комплексу Гольджі синтезуються гранулярною ендоплазматичною сіткою, яка прилягає до комплексу. Сусідні з ним ділянки ендоплазматичної сітки втрачають рибосоми, від них відбруньковуються дрібні, так звані, транспортні, або проміжні міхурці. Вони переміщуються до формувальної поверхні стовпчика Гольджі і зливаються з першим її мішечком. На протилежній (зрілій) поверхні комплексу Гольджі знаходиться мішечок, неправильної форми. Його розширення — просекреторні гранули (конденсуючі вакуолі) — безперервно відбруньковуються і перетворюються в міхурці заповнені секретом — секреторні гранули. Таким чином, по мірі витрат мембран зрілої поверхні комплекса на секреторні міхурці, мішечки формувальної поверхні поповнюються за рахунок ендоплазматичної сітки.
Лізосо́ма — одномембранна органела, що містить гідролітичні ферменти і виконує функцію внутрішньоклітинного розщеплення макромолекул. Лізосоми були відкриті бельгійським цитологом Крістіаном де Дювом в 1955 році. Лізосоми виконують у клітині такі функції: розщеплення внутрішньо- та позаклітинних відходів, та старих органел, знищення патогенних мікроорганізмів, забезпечення клітини поживними речовинами.
Пероксисоми (мікротільця) є органелами у вигляді міхурців діаметром 0,05–1,5 мкм, оточених мембраною і заповнених дрібнозернистим матриксом, що у центрі (серцевині) містить волокнисті та трубчасті структури і щільний кристалоїд. У пероксисомах виявлено ферментні системи, склад яких може дещо змінюватися. Основними з них є ферменти окиснення амінокислот та перекисного окиснення — каталаза і пероксидаза, оксидаза d-амінокислот і уратоксидаза. Серцевина відповідає ділянці конденсації ферментів.
Утворення пероксисом відбувається шляхом відбруньковування їх від агранулярної ЕС, ферменти їх синтезуються частково в гранулярній ЕС, а частково — в гіалоплазмі. Вважають, що нові пероксисоми утворюються шляхом розщеплення існуючих завдяки постійному надходженню ферментів, а також завдяки відокремленню нових пероксисом після збільшення розмірів існуючих унаслідок збагачення їх ферментами, що поступають з гіалоплазми. Пероксисоми оновлюються кожних 5-6 днів.
Функції пероксисом. Цим органелам належить важлива роль у процесах внутрішньоклітинної детоксикації. Каталаза розщеплює пероксид водню (Н2О2), який утворюється в процесах перекисного окиснення і є отруйним для клітин. Ферменти пероксисом забезпечують також розщеплення сечової кислоти, беруть участь в ряді катаболічних і анаболічних реакцій, в обміні амінокислот, поліамінів, оксалату, у регуліції обміну ліпідів. У пероксисомах печінкових клітин розщеплюється до 50% поглинутого етилового спирту.
10.
