Комплекс Гольджи (КГ), или сетчатый аппарат Гольджи, - это универсальный мембранный органоид эукариот, который функционально связан с ЭР. В составе этого органоида обнаружены мембранные цистерны и пузырьки. В наиболее простом варианте КГ представлен стопкой уплощенных цистерн (4-10 шт.), которые соединяются фибриллами и располагаются около ядра клетки. Такую структуру принято называть диктиосомой. В клетке может находиться несколько диктиосом, в которых формируются транспортные пузырьки с различным содержимым. Пузырьки, находящиеся вокруг диктиосомы, представляют собой вакуолярную зону КГ. В примыкающем к КГ цитозоле находится большое количество рибосом. Они принимают участие в синтезе белков, функционирующих в КГ.
В КГ принято выделять три отдела:
- цис-отдел, или проксимальный полюс (расположен ближе к ядру);
- медиальный отдел (расположен в середине диктиосомы);
- транс-отдел, или дистальный полюс (наиболее удаленный по отношению к ядру).
Первая из цистерн цис-отдела называется цистерной спасения. Она сливается с транспортным пузырьком (ТП), который отшнуровывается от промежуточного ЭР и содержит транзитные белки в комплексе с причальными белками мембраны ТП. В мембране цистерн спасения есть протонные насосы, которые создают в ее полости кислую среду. При низком уровне pH транзитные белки диссоциируют от причальных белков. Транзитные белки затем переправляются в следующую цистерну КГ, а причальные белки возвращаются в ЭР. Транспорт белков осуществляется с помощью ТП.
Универсальными функциями КГ являются:
- участие в формировании углеводных и белковых компонентов ПАК;
- образование первичных лизосом;
- формирование секреторных гранул (пузырьков).
В КГ происходит посттрансляционное преобразование белков путем химической модификации. В цис-отделе происходит фосфорилирование маннозы в составе гликопротеинов. Далее такие белки следуют через медиальный и транс-отделы без изменений и в дальнейшем становятся ферментами лизосом - гидролазами.
В цистернах транс-отдела продолжается гликозилирование белков с помощью различных трансфераз, также происходит синтез полисахаридов - гликозаминогликанов (мукополисахаридов). Одной из важных функций транс-отдела является протеолиз некоторых белков.
Последовательные химические модификации белков в разных отделах КГ приводят к сегрегации или распределению веществ на три потока.
Первый поток представлен конститутивной постоянной секрецией гликосфинголипидов в плазмолемму. В результате происходит постоянное обновление компонентов ПЛ.
Второй поток - секреторный (индуцируемая секреция). По этому пути направляются секреты, которые упаковываются в мембранные секреторные пузырьки и путем экзоцитоза выводятся за пределы клетки, где они и функционируют.
Третий поток завершается в цитоплазме клетки и называется лизосомальным потоком. По этому пути определенные гликопротеины и некоторые гликозаминогликаны направляются в лизосомы.
Лизосомы (ЛС) - универсальный органоид эукариот, который представляет собой маленькие мембранные пузырьки диаметром 0,1-0,4 мкм.
ЛС формируются из прелизосом, отшнуровывающихся от КГ. Сливаясь, они образуют первичную ЛС, внутри которой находится лизосомальный матрикс.
В ЛС содержатся ферменты гидролазы, с помощью которых сложные органические молекулы расщепляются на более простые. Известно более 40 различных гидролаз: протеазы, нуклеазы, гликозидазы, липазы, фосфолипазы, фосфатазы, сульфатазы. Все они относятся к кислым гидролазам, т. к. обладают наибольшей активностью
при рН=5. В ЛС работают протонные насосы (Н+-АТФазы).
Исходно лизосомальные гидролазы не активны, иначе они расщепили бы сами себя. Для подавления активности гидролаз в первичной ЛС задействовано несколько механизмов:
- недостаточно кислая среда (рН>5) в первичной ЛС подавляет активность гидролаз;
- гликозаминогликаны лизосомального матрикса являются ингибиторами гидролаз;
- активность некоторых гидролаз подавляется гликосфинголипидами внутреннего слоя мембраны ЛС.
ЛС участвуют в клеточных фагических циклах, в ходе которых макромолекулы расщепляются до более простых соединений.
Выделяют два вида фагических циклов:
- аутофагический цикл (аутофагия) - процесс захватывания в ЛС внутриклеточных веществ;
- гетерофагический цикл (гетерофагия) - процесс захвата и переваривания в ЛС внеклеточных веществ (захваченной может быть и целая клетка).
Существуют несколько вариантов аутофагии. Типичный вариант (макроаутофагия) начинается с формирования мембранного пузырька - аутофагосомы (АФС), в которой заключены компоненты, подвергающиеся гидролизу. АФС сближается с первичной ЛС, они сливаются, и образуется промежуточная структура аутофаголизосома (АФЛС). В ней происходят важные события, которые необходимы для активации гидролаз:
- включаются Н+-насосы, и среда становится кислой (рН<5);
- с помощью кислой фосфатазы дефосфорилируются гидролазы;
- гидролиз ингибиторов гидролаз - гликозаминогликанов матрикса.
С этого момента АФЛС обозначают как вторичная ЛС.
В отличие от макроаутофагии, при микроаутофагии АФС не образуются. Макромолекулы попадают в первичные ЛС непосредственно через ее мембрану, или с помощью мелких мембранных пузырьков, которые образуются самой мембраной ЛС.
После нескольких циклов аутофагии ЛС становится неактивной и образуется телолизосома (ТЛС), которая содержит нерасщепленные макромолекулы. ТЛС остаются в клетке в виде остаточных телец .
Функции JIC в аутофагическом цикле:
- участие во внутриклеточной регенерации (старые молекулы, структуры разрушаются до простых веществ, а из них строятся новые, необходимые клетке молекулы и надмолекулярные структуры);
- регуляция количества веществ в клетке: избыток веществ, синтезированных в клетке, уничтожается в ЛС, часто встречается в секреторных клетках;
- эндогенное питание (в условиях голодания JJC переваривают внутриклеточные вещества, это опасно при длительном голодании, когда клетка начинает переваривать собственные белки);
- участие JIC в процессе исчезновения эмбриональных органов, которые больше не нужны развивающемуся организму (хвост, жаберные щели, перепонки между пальцами у эмбриона человека).
При гетерофагическом цикле в процессе эндоцитоза формируется гетерофагосома (ГФС), которая содержит вещество, подлежащее расщеплению. ГФС сливается с первичной J1C и формируется гетерофаголизосома (ГФЛС). Начиная с этого момента, события, происходящие при гетерофагии, идентичны таковым в аутофагии:
- активация Н+-насосов ГФЛС;
- дефосфорилирование гидролаз;
- разрушение лизосомального матрикса.
В результате этих событий первичные ЛС превращаются во вторичные, и в них происходит гидролиз фагоцитированных веществ. Простые вещества транспортируются из ЛС в гиалоплазму. Вторичная ЛС может повторять гетерофагический цикл много раз. После этого она теряет свою активность и превращается в ТЛС (остаточное тельце).
Клетки иммунной системы - фагоциты (нейтрофилы и макрофаги) принимают участие в гетерофагическом цикле.
Итак, функции гетерофагического цикла:
- трофическая или функция питания (типична для одноклеточных организмов);
- защитная функция (лизосомы расщепляют вредные вещества или даже чужеродные клетки);
- сенсибилизация (усиление) иммунного ответа (клетка фагоцитирует вредное вещество, обрабатывает его в ЛС, после чего оно становится еще более опасным и затем экзоцитирует его), в результате развивается сильная иммунная реакция;
- участие ферментов акросомы (гигантской ЛС в головке сперматозоида) при оплодотворении, в результате растворяются оболочки яйцеклеток.
