MED24INfO

Цитозоль содержит органеллы, цитоскелет, включения.
А.              Органелла (органоид) — специализированный для выполнения конкретной функции и метаболически активный элемент цитоплазмы (рис. 2-12). К органеллам относят свободные рибосомы, гранулярную эндоплазматическую сеть (шероховатый эндоплазматический рети- кулум), гладкую эндоплазматическую сеть (гладкий эндоплазматический ретикулум), митохондрии, комплекс Гольджи, центриоли, окаймлённые пузырьки, лизосомы, пероксисомы.

1. Рибосомы подразделяют на митохондриальные и более крупные цитоплазматические.

а.              Митохондриальные рибосомы (60S) состоят из 45S и 35S CE, содержащих соответственно 16S и 12S рРНК, кодируемые митохондриальной ДНК. Эта ДНК содержит последовательности для митохондриальных мРНК и тРНК. Большинство ферментов, участвующих в трансляции митохондриальной мРНК, кодируется ядерной ДНК.
б.              Цитоплазматические рибосомы — небольшие электроноплотные частицы размером 12x25 нм (80S), состоят из синтезируемой в ядрышке рРНК и белков. Цитоплазматические рибосомы подразделяют на свободные и связанные с мембранами гранулярной эндоплазматической сети и наружной ядерной мембраной. Ассоциаты рибосом формируют полирибосомы.

1. Рибосома

(а)              Состав. Рибосома состоит из большой и малой CE, содержащих различные типы рРНК и белки (рис. 2-13). Малая CE связывается с мРНК и активированными тРНК. Пептидилтрансфераза в большой CE катализирует образование пептидных связей и присоединение аминокислот к растущей полипептидной цепи. Терминирующие кодоны (UAA, UAG, UGA) контролируют отделение от рибосомы готового полипептида и мРНК.
(б)              Функция — трансляция (считывание кода мРНК и сборка полипептидов).

2. Полирибосома (полисома) — комплекс нескольких рибосом, расположенных на одной молекуле мРНК. Полирибосомы, как и отдельные рибосомы, находятся в цитоплазме в свободном состоянии или прикреплены к мембранам эндоплазматической сети. Свободные полирибосомы синтезируют белки и ферменты для самой клетки (конститутивный синтез), а полирибосомы гранулярной эндоплазматической сети предназначены для хранения или выведения из клетки (синтез на экспорт).

2. Гранулярная эндоплазматическая сеть — система плоских мембранных цистерн с рибосомами на наружной поверхности. В шероховатой эндоплазматической сети происходит синтез белков для плазматической мембраны, лизосом, а также синтез белков на экспорт, т.е. предназначенных для экзоцитоза. Комплекс мембран гранулярной (зернистой) эндоплазматической сети связан с наружной мембраной оболочки ядра и перинуклеарной цистерной. Механизм поступления белков внутрь цистерн эндоплазматической сети объясняет сигнальная гипотеза (рис. 2-14).


Рис. 2-13. Рибосома. А — рибосома 80S состоит из большой и малой CE. Большая CE содержит 5S, 28S и 5,8S рРНК и ~ 49 белков, малая CE включает 18S рРНК и ~ 33 белка; Б — рибосома имеет три различных участка связывания РНК — один для мРНК и два для тРНК. Пептидил-тРНК-связываю- щий участок (P-участок) удерживает молекулу тРНК, присоединённую к растущему концу полипептидной цепи; расположенный рядом аминоацил-тРНК-связывающий участок (A-участок) фиксирует только что поступившую в рибосому молекулу тРНК с аминокислотой (аа) [из Alberts В et al, 1989]

Рис. 2-14. Сигнальная гипотеза поступления секреторных, мембранных и лизосомных белков в гранулярную эндоплазматическую сеть. мРНК для этих белков содержит последовательности для сборки сигнального пептида, который первым синтезируется на рибосоме. Дальнейшая последовательность событий такова: частица, распознающая сигнал, связывается с сигнальным пептидом; синтез полипептида на рибосоме временно останавливается. Частица, распознающая сигнал, взаимодействует со своим рецептором в мембране эндоплазматической сети. Далее большая CE рибосомы связывается с рибофоринами, что позволяет синтезированному полипептиду через поры войти внутрь цистерны; частица, распознающая сигнал, отделяется, и синтез полипептида возобновляется, но теперь уже на рибосоме, расположенной на мембране; за некоторое время до завершения полного синтеза специальная пептидаза в мембране эндоплазматической сети отрезает сигнальный пептид [из Widnell CC1 Pfeninger KH, 1990]

3. Гладкая эндоплазматическая сеть — система анастомозирующих мембранных каналов, пузырьков и трубочек. Гладкий ретикулум не содержит рибофоринов и по этой причине не связан с рибосомами. Функции гладкой эндоплазматической сети многообразны.

а.              Синтез стероидных гормонов. В метаболизме стероидных гормонов, помимо эндокринных клеток гонад и надпочечников, участвуют также кератиноциты, гепатоциты, эпителиальные клетки канальцев почек и др. Отдельные этапы синтеза стероидных гормонов происходят в митохондриях (см. главу 9 VI Д 2).
б.              Депо Ca2+. Цистерны гладкой эндоплазматической сети многих клеток специализированы для накопления в них Ca2+ путём постоянного откачивания Ca2+ из цитоплазмы. Подобные депо существуют в скелетной и сердечной мышцах, нейронах, хромаф- финных клетках, яйцеклетке, эндокринных клетках. Различные сигналы (например, гормоны, нейромедиаторы, факторы роста) влияют на активность клеток и их пролиферацию путём изменения концентрации внутриклеточного посредника — Ca2+. На пример, условие сокращения мышечных элементов — резкое повышение концентрации Ca2+ в цитозоле. Для этого необходимо накопление ионов кальция в специальных депо, образованных Са2+-запасающими цистернами гладкой эндоплазматической сети. Внутри цистерны находится Са2*-связывающий белок. В мембрану цистерн-депо Ca2+ встроены Са2+-насос и Са2+-канал. Цистерны содержат также низкомолекулярные фосфопротеины, регулирующие захват Ca2* (например, фосфоламбан саркоп- лазматического ретикулума ГМК и сердечной мышцы).

1. Са2+-связывающие белки внутри цистерн (кальсеквестрин, кальретикулин и др.) непрочно ассоциированы с Ca2+. Кальсеквестрин — главный Са2+-связываю-

щий белок саркоплазматической сети волокон поперечнополосатой мышцы и некоторых ГМК. Одна молекула кальсеквестрина связывает приблизительно 50 ионов Ca2+. Кальретикулин присутствует в саркоплазматической сети большинства ГМК и в эндоплазматическом ретикулуме немышечных клеток.

2. Са2+-насос, закачивающий Ca2+ внутрь цистерн, — Са2+-АТФаза.
3. Са2+-канал, по которому Ca2+ выходит из цистерны в цитозоль по градиенту концентрации. Известно несколько типов Са2+-каналов, в т.н. управляемые рецепторами рианодина и инозитолтрифосфата.

(а)              Рецепторы рианодина активируются двояко: через рецепторы дигидропиридина и через потенциалзависимые Са2+-каналы.

1. Рецепторы дигидропиридина встроены в клеточную мембрану и реагируют на изменения мембранного потенциала: изменение их конформации активирует рецепторы рианодина и приводит к высвобождению Ca2+ из депо (рис. 2-15). Подобный механизм функционирует в саркоплазматическом ретикулуме волокон скелетной мышцы.
2. Изменения мембранного потенциала открывают потенциалзависимые Са2+-кана- лы, в клетке незначительно повышается концентрация Ca2+. Этот Ca2+ активирует рецепторы рианодина, и запасённый в депо Ca2+ выходит в цитозоль. Этот механизм функционирует в нейронах и кардиомиоцитах.
3. Кофеин также может открывать Са2+-каналы, активируя рецепторы рианодина, но в то же время кофеин — мощный ингибитор рецепторов инозитолтрифосфата, что нивелирует его действие на рецепторы рианодина.

(б)              Инозитолтрифосфат. Каналы в мембране цистерн открываются под действием инозитолтрифосфата (рис. 2-15), образующегося при воздействии на

Рис. 2-15. Механизм высвобождения Ca2+ из цистерн гладкой эндоплазматической сети.
Рецептор рианодина в мембране цистерны связан с Са2+-каналом. Работу канала контролируют рецепторы дигидропиридина плазмолеммы (А), в ответ на деполяризацию рецепторы дигидропиридина изменяя свою конформацию активируют рецепторы рианодина, что и приводит к высвобождению Ca2+; Б — рецептор рианодина в мембране цистерны непосредственно не связан с белками плазмолеммы, но активируется Ca2* при незначительном повышении концентрации этого катиона в цитозоле за счёт поступления в клетку через потенциалозависимые Са2+-каналы; В — Ca2+ освобождается из цистерн при активации рецепторов инозитолтрифосфата. Этот второй посредник образуется при участии фосфо- липазы С в ответ на взаимодействие агониста со своим рецептором в плазмолемме [из Berridge MJ, 1993]



клетку внешнего сигнала. Например, при взаимодействии ангиотензина со своим рецептором в плазматической мембране ГМК активируется фосфолипаза С и образуется инозитолтрифосфат. Последний диффундирует в цитоплазме, связывается с рецепторами инозитолтрифосфата в мембране цистерн гладкой эндоплазматической сети и открывает Са2+-каналы. Этот механизм функционирует в овоцитах, лимфоцитах, ГМК и других клетках.
Этанол — ингибитор рецепторов инозитолтрифосфата, участвует в механизме развития атаксии при алкогольной интоксикации. Клетки Пуркинье мозжечка имеют рецепторы рианодина и инозитолтрифосфата в мембране цистерн, локализованных как в теле клетки (перикарион), так и в дендритах. Ho в цистернах концевых разветвлений дендритов (шипики) присутствуют только рецепторы инозитолтрифосфата.
в.              Детоксикация (например, фенобарбитала при помощи оксидаз в гепатоцитах).

2. Митохондрии — преобразователи энергии для внутриклеточных реакций, занимают значительную часть цитоплазмы клеток, сосредоточены в местах высокого потребления АТФ (например, в эпителии канальцев почки они располагаются вблизи плазматической мембраны [обеспечение реабсорбции], а в нейронах — в синапсах [обеспечение электрогенеза и секреции]).

а.              Генез. Митохондрии предположительно произошли от аэробных симбионтов, проникших в анаэробную эукариотическую клетку путём эндоцитоза и начавших участвовать в её окислительных процессах. В связи с этим митохондрии имеют собственный геном (кольцевая ДНК), мРНК, тРНК, рРНК, но большинство белков митохондрий кодирует ядерная ДНК. Органелла функционирует в среднем 10 суток, обновление митохондрий происходит путём их деления.
б.              Морфология. Митохондрии чаще имеют форму цилиндра диаметром 0,2-1 мкм и длиной до 7 мкм. У митохондрий две мембраны — наружная и внутренняя; последняя образует кристы (рис. 2-16). Между наружной и внутренней мембраной находится межмембранное пространство. Внемембранный объём митохондрии — матрикс.

1. Наружная мембрана проницаема для многих мелких молекул.

Рис. 2-16. Митохондрия. Органелла содержит наружную и внутреннюю мембраны с узким межмембранным пространством. Внутренняя мембрана образует многочисленные выросты — кристы, окружённые матриксом. В матриксе находятся ферменты и гранулы [из Burkitt HG et al, 1993]

2. Межмембранное пространство. Здесь накапливаются ионы H+, выкачиваемые из матрикса, что создаёт протонный градиент концентрации по обе стороны внутренней мембраны.
3. Внутренняя мембрана избирательно проницаема; содержит транспортные системы для переноса веществ в обоих направлениях и комплексы цепи переноса электронов, связанные с ферментами окислительного фосфорилирования, а также СДГ. Транспортные системы

1. АТФ, АДФ и Pi,
2. пируват, сукцинат, а-кетоглутарат, малат и цитрат,
3. цитидинтрифосфат, ГТФ и дифосфаты.

4. Матрикс. В нём присутствуют все ферменты цикла Кребса (кроме СДГ), ферменты р-окисления жирных кислот и некоторые ферменты других систем. В матриксе находятся гранулы с Mg2* и Ca2+.

в.              Функции

1. Окисление в цикле Кребса. В отличие от анаэробного гликолиза, в ходе которого из одной молекулы глюкозы образуется две молекулы пирувата, цикл Кребса требует присутствия O2. Гликолиз протекает в цитозоле, и образующийся пируват поступает с помощью переносчика пирувата в митохондрии в обмен на ОН". Матрикс митохондрий содержит ферменты, окисляющие пируват и жирные кислоты до ацетил-КоА, и ферменты, окисляющие ацетил-КоА до CO2. Конечные продукты цикла трикарбоновых кислот (CO2, выходящий из клетки, и НАДН) — источник электронов, переносимых дыхательной цепью.
2. Транспорт электронов. Электроны перемещаются по дыхательной цепи, локализованной во внутренней мембране и содержащей четыре крупных ферментных комплекса (преимущественно цитохромы) цепочки транспорта электронов.

(а)              Ингибиторы переноса электронов в дыхательной цепи.

1. На уровне комплекса I (перенос электронов с НАДН на кофермент Q) действуют инсектицид ротенон, некоторые барбитураты (амобарбитал, секобарбитал), антибиотик пиерицидин А.
2. На уровне комплекса III (перенос электронов с кофермента Q на цитохром С) действует антибиотик антимицин А.
3. На уровне комплекса IV (акцептор электронов с цитохрома С) действуют окись углерода, конкурирующая с O2 за цитохром С, сероводород, азиды и цианиды.

(б)              Хемоосмотическое сопряжение. Сопряжение переноса электронов и синтеза АТФ (механизм предложил Питер Митчелл в 1961 г.) обеспечивает протонный градиент. Внутренняя мембрана непроницаема для анионов и катионов. Ho при прохождении электронов по дыхательной цепи ионы H+откачиваются из матрикса в межмембранное пространство (рис. 2-17). Энергия электрохимического протонного градиента используется для синтеза АТФ и транспорта метаболитов и неорганических ионов в матрикс.

3. Фосфорилирование АДФ. Кристы митохондрий содержат АТФ-синтетазу, сопрягающую окисление в цикле Кребса и фосфорилирование АДФ до АТФ. АТФ синтезируется при обратном токе протонов в матрикс через канал в АТФ-синте- зирующем комплексе.
4. Сопряжение окисления и фосфорилирования. В результате сопряжения этих процессов энергия, освобождаемая при окислении субстратов, хранится в макроэргических связях АТФ. Освобождение энергии, запасённой в АТФ, в дальнейшем обеспечивает выполнение многочисленных функций клеток (например, мышечное сокращение, подвижность жгутика сперматозоида, выкачивание H+ из

Рис. 2-17. Механизм хемоосмотического сопряжения при образовании АТФ в митохондриях.
При транспорте электронов по дыхательной цепи из матрикса через внутреннюю мембрану в межмембранное пространство выкачивается H+. Созданный таким образом электрохимический градиент позволяет АТФ-синтетазе катализировать реакцию АДФ + Pi —gt; АТФ [из Gartner LP et al, 1993]


париетальных клеток в железах желудка для поддержания кислой среды). Эффективность окислительного фосфорилирования в митохондриях выше эффективности гликолиза в цитозоле. Из одной молекулы глюкозы в первом случае образуется 38 молекул АТФ, а во втором — только 2.

5. Разобщение окислительного фосфорилирования. Сопряжение между переносом электронов и фосфорилированием нарушают разобщающие агенты, устраняющие градиент H+ между цитозолем и межмембранным пространством, разрешая H+ проходить через внутреннюю мембрану. Это 2,4-динитрофенол, антикоагулянт дикумарол, билирубин. Разобщение окислительного фосфорилирования может быть биологически полезным как способ образования тепла (см. Ill А 4 в (6)).
6. Теплопродукция. Естественный механизм разобщения окислительного фосфорилирования функционирует в клетках бурого жира. В этих клетках митохондрии имеют атипичную структуру (уменьшен их объём, увеличена плотность матрикса, расширены межмембранные пространства) — конденсированные митохондрии. Такие митохондрии могут усиленно захватывать воду и набухать в ответ на тироксин, увеличение концентрации Ca2+ в цитозоле, при этом усиливается разобщение окислительного фосфорилирования, и происходит выделение тепла. Эти процессы обеспечивает специальный разобщающий белок. Норадреналин из симпатического отдела вегетативной нервной системы усиливает экспрессию разобщающего белка и стимулирует теплопродукцию.
7. Контроль внутриклеточной концентрации Ca2+ — одна из важных функций митохондрий.
8. Синтез белков осуществляют митохондриальные рибосомы (см. Ill А I а).

г.              Цитохимические маркёры — цитохромоксидаза и СДГ.
д.              Митохондриальные энцефаломиопатии. Клинически разнородная группа многочисленных заболеваний с общим морфологическим признаком — нарушением структуры митохондрий мышцы, но различными молекулярными дефектами в виде нарушений транспорта субстратов из цитозоля в митохондрии, утилизации субстратов, структуры ферментов цикла Кребса, сопряжения окисления и фосфорилирования.

5. Комплекс Гольджи расположен около ядра и часто вблизи центриоли, образован стопкой из 3-10 уплощённых и слегка изогнутых цистерн с расширенными концами (рис. 2-18).

а.              Структура. Цистерны комплекса Гольджи образуют три основных компартмента: цис-сторона, транс-сторона, промежуточный компартмент. С комплексом Гольджи тесно связан и всегда рассматривается вместе ещё один клеточный компартмент — транс-сеть Гольджи.

1. Цис-сторона (формирующаяся) более осмиофильная, включает цистерны, обращённые к расширенным элементам гранулярной эндоплазматической сети, а также небольшие транспортные пузырьки.
2. Транс-сторона (зрелая) образована цистернами, обращёнными к вакуолям и секреторным гранулам.
3. Промежуточный компартмент включает небольшое количество цистерн между цис- и транс-стороной.


Рис. 2-18. Комплекс Голъджи. Белки и липиды поступают в комплекс Гольджи с цис-стороны. Транспортные пузырьки переносят эти молекулы последовательно из одной цистерны в другую. Готовый продукт выходит из комплекса на транс-стороне, находясь в различных пузырьках. Часть из них содержит молекулы, предназначенные для внутриклеточного пищеварения, и сливается с лизосома- ми. Другая часть пузырьков участвует в экзоцитозе. Третья группа пузырьков содержит белки для плазмолеммы [из Ротман Д, 1985]

(4) Транс-сеть Гольджи лежит на небольшом расстоянии от краевой цистерны транс-стороны и участвует в образовании лизосом и сортировке белков для различных транспортных пузырьков, б. Функции

1. Модификация секреторного продукта (рис. 2-19). Ферменты комплекса Гольджи

гликозилируют белки и липиды; образующиеся здесь гликопротеины, протеогли- каны, гликолипиды и сульфатированные гликозаминогликаны предназначены для последующей секреции.

2. Концентрирование секреторных продуктов происходит в конденсирующих вакуолях, расположенных на транс-стороне.
3. Упаковка секреторного продукта, образование участвующих в экзоцитозе секреторных гранул.

He окружённые              Отщепление              маннозы
КПЯТПИНПМ                            I


^(S2VS              ©.(У)
~Z ~              —X Гранулярная
, интез белка              ^              J              эндоплазматическая
сеть
Секреторные Лизосомные Белки плазматической белки              белки              мембраны
Рис. 2-19. Модификация различных белков в компартментах комплекса Гольджи и их сортировка в транс-сети Гольджи. В комплекс Гольджи поступают белки из цистерн гранулярной эндоплазматической сети. Они предназначены для включения в состав секреторных гранул, плазматической мембраны и лизосом. Транспорт белков из цистерн гранулярной эндоплазматической сети в цис-компартмент, а также из одного компартмента комплекса Гольджи в другой происходит при помощи не окружённых клатрином пузырьков [из Gartner LP et al, 1993]

6. Органеллы, содержащие микротрубочки, участвуют в процессах внутриклеточного транспорта. Такие органеллы содержат триплеты микротрубочек или аксонему.

а.              Органеллы, содержащие триплеты микротрубочек. Подобным образом организованы центриоль и базальное тельце.

1. Центриоли между клеточными делениями локализуются вблизи ядра, часто рядом с комплексом Гольджи.

(а)              Структура. Центриоль имеет цилиндрическую форму, диаметр 150 нм и длину до 500 нм; стенка представлена 9 триплетами микротрубочек.
(б)              Функция. Центриоль — центр организации митотического веретена — участвует в делении клетки. В ходе фазы S клеточного цикла центриоли дуплицируются. Образовавшаяся новая центриоль расположена под прямым углом к первоначальной. При митозе пары центриолей, каждая из которых состоит из первоначальной и вновь образованной, расходятся к полюсам клетки и участвуют в образовании митотического веретена.

2. Базальное тельце состоит из 9 триплетов микротрубочек, расположенных в основании реснички или жгутика; служит матрицей при организации аксонемы.

б.              Аксонема состоит из 9 периферических пар микротрубочек и двух расположенных центрально одиночных микротрубочек (рис. 2-20). В каждой периферической паре различают субфибриллу А, содержащую 10-11 тубулиновых протофиламентов, и субфибриллу В, содержащую 13 протофиламентов. С субфибриллой А связаны наружные и внутренние ручки. В их состав входит белок динеин, обладающий АТФазной активностью. Аксонема формируется путём самосборки белковых CE. Матрицей для сборки служит центриоль или базальное тельце. Аксонема — основной структурный элемент реснички и жгутика.

1. Ресничка — вырост клетки длиной 5-10 мкм и шириной 0,2 мкм, содержащий аксонему (рис. 2-21). Реснички присутствуют в эпителиальных клетках воздухопроводящих и половых путей, перемещают слизь с инородными частицами и остатками отмерших клеток и создают ток жидкости около клеточной поверхности.


Рис. 2-20. Аксонема состоит из комплекса микротрубочек и связанных с ними белков. 9 пар микротрубочек расположены по окружности, одна пара находится в центре. Каждая периферическая пара образована субфибриллой А и субфибриллой В. Субфибриллы состоят из протофиламентов. Обладающий АТФазной активностью белок динеин — компонент тубулин-динеинового хемомеханического преобразователя — входит в состав ручек, связанных с субфибриллой А [из Favcett DW, 1981]

2. Жгутик (рис. 2-22), как правило, не встречается в количестве более двух на клетку. В сперматозоиде человека (рис. 3-24) имеет длину 50-55 мкм и толщину

0. 2-0,5 мкм, содержит аксонему.

3. Динеин. Крупный белок, содержащий 2-3 глобулярные головки, соединённые с гибкой фибриллярной частью молекулы. Основание фибриллярной части вплетено в микротрубочку (А-субфибрилла). Глобулярная головка обладает АТФазной активностью. При расщеплении АТФ она скользит по поверхности микротрубочки (В-субфибрилла) соседней пары (рис. 2-20) по направлению к её (-)-концу. Этот механизм аналогичен скольжению элементов актомиозинового хемомехани- ческого преобразователя в мышце.
4. Нарушения организации аксонемы. Дефекты ресничек и жгутиков проявляются отсутствием в аксонеме динеиновых ручек, центральной капсулы или центральных микротрубочек. Эти дефекты проявляются при синдроме неподвижных

ресничек, возможно развитие рецидивирующего хронического бронхита и синусита. Более половины больных с подобным синдромом имеет situs viscerus inversus — транспозицию внутренних органов (сердце справа, печень слева и т.д.), что в совокупности описывает синдром Картагенера.
Рис. 2-21. Ресничка — тонкий вырост на поверхности клетки. Стержень реснички образован аксонемой — системой микротрубочек 9+2. В основании реснички расположено базальное тельце, служащее матрицей для формирования аксонемы [из Kopf-Maier Р, Merker H-J, 1989]
Рис. 2-22. Характер движения жгутика (А) и реснички (Б). Несмотря на то, что молекулярная основа подвижности у жгутиков и ресничек одинакова, характер их движения различен. Жгутики обычно длиннее ресничек, и для них характерно синусоидальное движение, в отличие от циклических волнообразных изгибов ресничек [по Satir P (1974) из Fawcett DW, 1981]

3. Окаймлённые пузырьки окружены оболочкой, прилежащей к наружной поверхности мембраны, участвуют во внутриклеточной сортировке белков, образуют две разновидности — окружённые клатрином пузырьки и не содержащие клатрин пузырьки.

а.              Окружённые клатрином пузырьки образуются в ходе опосредуемого рецепторами эндоцитоза (рис. 2-24), содержат клатриновую оболочку.

1. Клатриновая оболочка снаружи окружает мембрану пузырька. Главный её компонент — белок клатрин. Три его полипептидные цепи вместе с тремя цепями меньшего по размеру полипептида формируют структурный элемент оболочки — трёхвалентный белковый комплекс (трискелион); 36 подобных комплексов образуют многоугольный объёмный каркас, окружающий пузырёк.
2. Функция. Окружённые клатрином пузырьки транспортируют белки, поступающие в клетку путём опосредуемого рецепторами эндоцитоза, а также белки из транс-стороны комплекса Гольджи.

б.              He содержащие клатрин пузырьки имеют оболочку из белка, в отличие от клат- рина, не образующего многоугольного каркаса вокруг пузырька.
Функция. He содержащие клатрин пузырьки транспортируют белки из гранулярной эндоплазматической сети в комплекс Гольджи, из одной цистерны комплекса Гольджи в другую, из комплекса Гольджи в плазматическую мембрану.

4. Лизосомы — округлые пузырьки, окружённые мембраной; их размеры и электронная плотность значительно варьируют.

а.              Содержимое. Более 50 ферментов: рибонуклеазы, дезоксирибонуклеазы, катепси- ны, сульфатазы, p-глюкуронидазы, фосфолипазы, гликозидазы, липазы и другие. Лизо- сомные ферменты наиболее активны в кислой среде (pH—5,0), для поддержания которой в мембрану лизосомы встроен протонный насос (Н+,К+-АТФаза).
б.              Цитохимические маркёры. Кислая фосфатаза служит надежным маркёром лизосом.
в.              Функция. Лизосомы участвуют во внутриклеточном пищеварении. Варианты участия лизосом в переваривании материала внутриклеточных компонентов (аутофа- гия) или частиц, различными путями попавших в клетку (гетерофагия), представлены на рис. 2-23 и 2-24. При нарушении функции лизосом развиваются т.н. лизосомные болезни накопления.
г.              Болезни накопления характеризуются неспособностью ферментов лизосом (вследствие дефектов их синтеза или структуры) расщеплять метаболиты.

1. Болезнь Тзя-Сакса. Вследствие дефицита гексозаминидазы А в нейронах накапливается моносиалоганглиозид.
2. Синдром Хюрлер. Недостаточность a-JL-идуронидазы, во многих тканях и органах возрастает количество гликозаминогликанов.
3. Гликогеноз типа II характеризуется дефицитом лизосомальной а-1,4-глюкозидазы и избыточным содержанием гликогена в сердце, скелетных мышцах, печени и мозге.

5. Пероксисомы — везикулы размером 0,1-1,5 мкм. Они особенно многочисленны в клетках печени и почки. Содержат в составе мембраны специфичные для пероксисом уникальные мембранные белки (Mr 22 кД и 70 кД), а в матриксе — более 40 ферментов, катализирующих анаболические (биосинтез жёлчных кислот) и катаболические (р-окис- ление длинных цепей жирных кислот, Независимое дыхание) процессы. Все компоненты пероксисом поступают из цитозоля. Продолжительность жизни пероксисом — 5-6 суток. Новые органеллы возникают из предсуществующих путём их деления. Предсуществую- щие пероксисомы увеличиваются в размерах по мере поступления в них белков из цитозоля, и от них отделяются новые пероксисомы.
   


Рис. 2-23. Внутриклеточное переваривание. Лизосомные ферменты расщепляют поглощённый клеткой материал (подробнее см. на рис. 2-24), а также части собственной клетки. При фагоцитозе образуются фагосомы. Они сливаются с перинуклеарными эндосомами и формируют фаголизосомы. Целые органеллы или их фрагменты, подлежащие дезинтеграции, заключаются в аутофагоцитозную вакуоль, сливающуюся с перинуклеарными эндосомами с образованием аутофаголизосомы, где и происходит деградация фагоцитированного материала. Образовавшиеся продукты какое-то время хранятся в остаточных тельцах и могут утилизироваться клеткой или выводиться из неё путём экзоцито- за [из Gartner LP et al, 1993]

Б. Цитоскелет — трёхмерная цитоплазматическая сеть волокнистых и трубчатых структур различного типа. К цитоскелету относят микротрубочки, промежуточные филаменты, микро- филаменты, микротрабекулы. Цитоскелет придаёт клетке определённую форму и выполняет множество других функций (например, подвижность клетки, внутриклеточный транспорт).
I. Микротрубочки имеют диаметр 24 нм и длину несколько микрон, состоят из 13 тубу- линовых протофиламентов (нитей), идущих по спирали (рис. 2-25). Каждая нить собрана из CE — чередующихся димеров а- и р-тубулина. Микротрубочки входят в состав аксо- немы, базального тельца и центриоли. а. Свойства

1. Полярность. Микротрубочки — динамичные структуры, постоянно растущие с одного конца (полимеризация) и деполимеризующиеся с другого конца. В каждой микротрубочке различают (+)-конец, где присоединяются новые CE тубулиновых протофиламентов, и (-)-конец, где CE тубулина отделяются от нити. Ряд агентов блокирует сборку или деполимеризацию микротрубочек.
2. Ассоциированные белки. Микротрубочки ассоциированы с рядом белков, имеющих общее наименование МАР. MAP-белки стабилизируют микротрубочки и связывают их с другими элементами цитоскелета и органеллами.
3. Кинезин — компонент тубулин-кинезинового хемомеханического преобразователя (рис. 2-26).

Рис. 2-26. Тубулин-кинезиновый хемомеханичес- кий преобразователь. Двигательные белки биологических моторов (миозин, динеин и кинезин) — ферменты, преобразующие энергию АТФ в механическую работу. Кинезин обеспечивает транспорт ор- ганелл из одной части клетки в другую вдоль микротрубочек. Шаг перемещения кинезина по поверхности микротрубочки составляет 8 нм [по Wade RH из Howard J, 1993]

1. Цитостатики блокируют митоз и внутриклеточный транспорт. Это их свойство широко используют для блокады пролиферации клеток (преимущественно в онкологии).

(а)              Колхицин связывается с субъединицами тубулина и препятствует их присоединению к (+)-концу микротрубочек.
(б)              Алкалоиды Vinca rosea. Винбластин и его аналоги имеют тот же эффект, что и колхицин.
(в)              Таксол. В отличие от алкалоидов Vinca rosea и колхицина, подавляющих сборку микротрубочек, таксол стимулирует образование стабильных микротрубочек. Это приводит к реорганизации цитоскелета с тем же конечным эффектом, что и в случае алкалоидов Vinca rosea и колхицина: происходит торможение пролиферации клеток. Таксол действует в поздней G2- и М-фазах клеточного цикла. Этот мощный ингибитор деления эукариотических клеток используют в качестве противоопухолевого препарата.
б.              Функции микротрубочек

1. Обеспечение расхождения хромосом при делении клеток [см. IV I д (I) (в), IVlfl (2) (б)].
2. Поддержание формы клетки.
3. Участие в транспорте макромолекул и органелл.
4. Обеспечение подвижности жгутиков, ресничек.

2. Промежуточные нити имеют диаметр 8-11 нм; состоят из белков, специфичных для определённых клеточных типов (табл. 2-3). Промежуточные нити создают внутриклеточный каркас, обеспечивают упругость клетки, поддерживают упорядоченность расположения компонентов цитоплазмы.
3. Микрофиламенты имеют диаметр 6 нм.

а.              Свойства

1. Организация. Две переплетённые нити F-актина, составленные из G-актина.
2. Полярность. Как и микротрубочки, микрофиламенты полярны; присоединение (полимеризация) CE G-актина происходит на (+)-конце. Известны токсины, связывающиеся с актином и блокирующие его полимеризацию, нарушая подвижность клеток, фагоцитоз и цитокинез.

(а)              Цитохалазины различных плесневых грибов.
(б)              Фаллоидин — циклический пептид бледной поганки (Amanita phalloides).

3. Образуют скопления по периферии клетки и связаны с плазмолеммой посредством промежуточных белков (а-актинин, винкулин, талин).

Таблица 2-3. Белки промежуточных филаментов различных клеток

Белок	Локализация	Некоторые специальные функции
Кератины	Эпителиальные клетки	Создают тянущее усилие, взаимодействуют с десмосомами. Маркёры опухолей эпителиального происхождения.
Десмин	Клетки мышечных тканей	Образуют каркас клетки, взаимодействуя с миофибриллами и миофиламентами. Маркёры опухолей мышечного происхождения
Виментин	Клетки мезенхимного геиеза	Маркёры опухолей соединительной ткани
Глиальный фибриллярный	Астроциты	Маркёры астроцитом
кислый белок
Белки нейрофиламентного	Нейроны	Поддерживают структуру и форму отростков
триплета		нейрона
Ламины А, В и С	Оболочка ядра	Организуют оболочку ядра и лежащий около неё хроматин

б. Функции

1. Изменение консистенции цитозоля, переход золя в гель и обратно (например, для изменения вязкости примембранной цитоплазмы и образования псевдоподий, активно перемещающихся в ткани нейтрофилов в ответ на хемоаттрактанты).
2. Эндоцитоз и экзоцитоз.
3. Подвижность немышечных клеток (например, нейтрофилов и макрофагов) связана с изменением формы клеточной поверхности вследствие регулируемой полимеризации актина.
4. Стабилизация локальных выпячиваний плазматической мембраны связана с пучками поперечно сшитых актиновых филаментов (например, в микроворсинках эпителиальных клеток кишки, где пучок параллельных микрофиламентов образует их сердцевину, см. главу 5 I А 4 а (I) (а)).

4. Микротрабекулы — ажурная сеть тонких нитей; функция не установлена; существует предположение, что микротрабекулы в комплексе с микротрубочками могут участвовать в транспорте органелл и влиять на вязкость цитозоля.
В. Включения — скопления в цитозоле различных гранул и капель (например, метаболически активный материал — гликоген и липиды, а также липофусцин).

1. Гликоген. Скопления гранул размером 20-30 нм, не св