Немембранные органоиды

Что такое Органоиды клетки

Органоиды клетки

Органоиды, или органеллы, - постоянные специфические структуры цитоплазмы, выполняющие определенные функции, необходимые для поддержания жизнедеятельности клетки.

Различают органоиды общего значения и специальные органоиды. Органоиды общего значения имеются во всех клетках и выполняют функции, общие для всех клеток – митохондрии, рибосомы, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, цитоскелет и клеточный центр.

Органоиды специального значения имеются только в клетках какого-то определенного типа и обеспечивают выполнение функций, присущих только этим клеткам.

Мембранные органоиды:

- ядро;

- эндоплазматическая сеть;

- аппарат Гольджи;

- митохондии;

- лизосомы;

- пероксисомы;

- вакуоли.

Немембранные органоиды

- рибосомы;

- клеточный центр;

- цитоскелет.

Эндоплазматическая сеть открыта Портером в 1945 году. Морфология – сеть канальцев и цистерн сложенных мембранами. Различают гранулярную (шероховатую, зернистую) и гладкую ЭПС.

Гранулярная ЭПС содержит рибосомы на наружной стороне мембраны, обращенную к гиалоплазме. Гладкая ЭПС не содержит рибосомы. В скелетных мышцах ЭПС носит название саркоплазматический ретикулум. ЭПС пронизывает всю клетку. Полость ЭПС сообщается с перинуклеарным пространством ядра, а мембрана ЭПС с плазматической мембраной ядра. На рибосомах гранулярной ЭПС синтезируются секреторные белки, предназначенные для выведения из клетки, а также белки лизосом и внеклеточного матрикса.

Синтез указанных белков включает 5 этапов:

1. Связывание сигнал распознающий частицы (SRP), состоящий из 6-ти белков и малой цитоплазматической РНК (srpРНК) с сигнальной последовательность полипептидной цепи.

2. Взаимодействие комплекса матричной РНК (мРНК) – рибосома - SRP со специфическим белком-рецептором (SRP-рецептором), находящимся на цитоплазматической стороне мембраны.

3. Освобождение SRP от комплекса; связывание рибосомы с белок-транслоцирующим комплексом мембраны шероховатой ЭПС транслоконом и встраивание сигнальной последовательности в канал транслокона.

4. Возобновление трансляции и перенос растущей полипептидной цепи в полость ЭПС.

5. Удаление сигнальной последовательности от полипептида под действием фермента.

В полости ЭПС синтезированные водорастворимые белки подвергаются фолдингу и гликозилированию путём присоединения к белкам однотипных олигосахаридных цепочек. В результате фолдинга белки приобретают специфическую конформацию, и в составе транспортных пузырьков, отделяющихся от мембраны ЭПС, транспортируются в комплекс Гольджи, где подвергаются дальнейшим модификациям и сортировке.

Наряду с секреторными белками на гранулярной ЭПС синтезируется большая часть полуинтегральных и интегральных белков. В ЭПС происходит также синтез мембраны липидов и осуществляется «сборка» компонентов мембраны. При этом увеличения общей площади мембранной ЭПС не происходит. Это связано с тем, что некоторые фрагменты мембраны ЭПС постоянно утрачиваются в составе отделяющихся от нее транспортных пузырьков, которые переносят их в аппарат Гольджи и далее в другие мембранные структуры клетки:

- плазмалемму;

- лизосомы.

Кроме того, ЭПС, как считают, участвуют в образовании пероксисом. Таким образом, грЭПС служит «фабрикой» мембран для плазмалеммы, аппарата Гольджи, лизосом и других мембранных структур клетки. ЭПС обеспечивает также сегрегацию (разделение) белков, предназначенных на экспорт, и лизосомных гидролаз от литозольных белков.

Агранулярная (гладкая) эндоплаз­матическая сеть представляет собой замкнутую сеть трубочек, канальцев, цистерн и везикулярных образований размером 50 —100 нм и образуется, по-видимому, из гранулярной ЭПС.

На цитоплазматической поверх­ности гладкой ЭПС синтезируются жирные кислоты, холестерол и боль­шая часть липидов клетки, в том чис­ле почти все липиды, необходимые для построения клеточных мембран. Поэтому гладкую ЭПС нередко назы­вают «фабрикой липидов». В клетках печени (гепатоцитах) с мембранами гладкого эндоплазматического ретикулума связан фермент, обеспечивающий образова­ние глюкозы из глюкозо-6-фосфата. Эта реакция имеет большое значение в поддержании уровня глюкозы в ор­ганизме человека. Кроме того, гладкая эндоплазматическая сеть осуществляет детоксикацию (обезвреживание) ксе­нобиотиков, а также ядовитых веществ, образующихся в процессе метаболизма и подлежащих удалению из организ­ма. Большую роль в процессах деток­сикации играют ферменты семейства цитохрома Р450, катализирующие ре­акции гидроксилирования или микросомального окисления. В результате указанных реакций липофильные (не­растворимые) вещества становятся более гидрофильными (растворимыми), заключаются в другие реакции и затем выводятся из организма.

Помимо указанных основных функций, гладкая эндоплазматическая сеть выполняет ряд дополнительных. В ее мембранах локализуются Са²⁺ - насосы, активно закачивающие ионы Са²⁺ из цитозоля в полость саркоплазматической сети. Поэтому концентрация ионов Са²⁺ в полости гладкой эндоплазматической сети достигает 10^-3 моль/л, т.е. почти в 10 000 раз выше, чем в цитозоле. Под действием химиче­ских сигналов ионы Са²⁺ переносятся из полости гладкой ЭПС через ионные каналы, встроенные в ее мембрану, в гиалоплазму, где связываются с опреде­ленными белками, влияющими на мно­жество внутриклеточных процессов: активацию или инактивацию фермен­тов, экспрессию генов, освобождение антител из клеток иммунной системы и др.

В мышечных волокнах гладкая ЭПС имеет структурные и функциональные особенности и называется саркоплазматической сетью. При возбуждении плазмалеммы выход ионов Са² из гладкой эндоплазматической сети в ци­тозоль стимулирует сокращение миофибрилл.

В организме человека эндоплазма­тическая сеть особенно хорошо разви­та в клетках, синтезирующих гормоны, в клетках печени (гепатоцитах) и некоторых клетках почек.

Комплекс Гольджи (КГ), или аппа­рат Гольджи, - пластинчатый ком­плекс, расположен вблизи ядра, между ЭПС и плазмалеммой. Его структурно­-функциональная единица — диктиосома представляет собой стопку из 5—20 плоских одномембранных мешочков (цистерн), имеющих диаметр около 1 мкм, внутренние полости которых не сообщаются друг с другом. Количество таких мешочков в стопке обычно не превышает 5-10, а расстояние между ними составляет 20—25 нм.

В каждой диктиосоме различают три части, проксималъную (cis-полюс), обращенную к ЭПС, медиальную и дистальную (trans- полюс), обращенную к плазмалемме. К дистальной цистерне транс-полюса примыкают многочисленные трубочки и пузырьки, образующие транс-сеть аппарата Гольджи.

Белки, синтезированные на шерохо­ватой эндоплазматической сети в соста­ве отпочковывающихся от нее мембран­ных пузырьков, покрытых клатрином, транспортируются к цис-полюсу аппа­рата Гольджи. В аппарате Гольджи осу­ществляется химическая модификация транспортируемых белков. Этот процесс происходит поэтапно по мере транспор­та белков от цис- к транс-полюсу аппа­рата Гольджи, каждая цистерна которо­го содержит характерный для нее набор ферментов. Гликопротеины, несущие первоначально одинаковые олигосахаридные цепочки, в проксимальных ци­стернах подвергаются последователь­ной перестройке, специфической для белков каждого вида. В процессе гликозилирования одни олигосахаридные остатки удаляются, другие добавляются с образованием дополнительных ветвей олигосахаридов. В аппарате Гольджи некоторых специализированных кле­ток синтезируются полисахариды, ко­торые, соединяясь с белками, образуют протеогликаны, составляющие основу вещества межклеточного матрикса. Та­ким образом, химическая перестройка белков в цистернах цис-полюса аппа­рата Гольджи осуществляется главным образом путем их гликозилирования, тогда как в транс-полюсе происходит в основном сульфатирование и фосфорилирование белков. Некоторые бел­ки в комплексе Гольджи подвергаются протеолитическому расщеплению, в ре­зультате чего первоначально неактив­ные молекулы приобретают биологи­ческую активность. Например, таким путем в клетках поджелудочной железы образуется инсулин.

В комплексе Гольджи протекают реакции синтеза мембранных глико­липидов. При этом углеводные компо­ненты в молекулах синтезированных мембранных гликолипидов, также как и у гликопротеинов, всегда оказыва­ются обращенными в полость цистерн аппарата Гольджи. Этим объясняется топология углеводных остатков моле­кул мембранных гликолипидов и гликопротеинов при включении их в состав плазмалеммы, где они участвуют образовании гликокаликса.

В транс-сети осуществляется сортировка белков и упаковка их в мембран­ные пузырьки, покрытые клатрином. Белки, предназначенные для экспорта, заключаются в одни пузырьки, лизосомные белки — в другие, мембранные белки — в третьи. В специальные пузырьки упаковываются также белки, присущие ЭПС, например ферменты фолдинга, которые случайно оказались в комплексе Гольджи.

Сортировка белков осуществля­ется при помощи встроенных в мембрану транс-сети КГ особых белков-рецепторов, способных специфически взаимодействовать с определенными химическими группировками — маркерами молекул отбираемых белков. В результате участок мембраны, несущей рецепторы, связанные с маркерами отбираемых молекул, обособля­ется от КГ с образованием мембран­ного пузырька, покрытого клатрином, транспортирующего нужное вещество к месту назначения. Например, марке­ром лизосомальных ферментов служит присоединяющийся к ним в комплексе Гольджи олигосахарид, содержащий остаток маннозо-6-фосфата. Для белков ЭПС — ферментов фолдинга и др., которые случайно оказались в КГ, таким маркером служит последовательность из четырех аминокислот, по которой они узнаются и упаковыва­ются в пузырьки, а затем возвращаются обратно в ЭПС. Этот процесс получил название рециклизации.

Секреция экспортных белков осуществляется посредством конститутивной и регулируемой секреции.

В случае конститутивной секреции, которая характерна для всех кле­ток, транспортные пузырьки непрерыв­но переносятся от аппарата Гольджи к плазмалемме. Таким путем, например, доставляются к поверхности клетки элементы гликокаликса. А также многие продукты, составляющие основу межклеточного вещества. Посредством конститутивной секреции осуществля­ется также транспорт мембранных бел­ков плазмалеммы.

Регулируемая секреция свойственна лишь специализированным клеткам, секретирующим биологически актив­ные вещества в ответ на действие сиг­налов, например гормонов.

Таким образом, основными функ­циями комплекса Гольджи являются химическая модификация, накопление, сортировка, упаковка в секреторные пузырьки и транспорт по назначению белков и липидов, синтезированных в эндоплазматическом ретикулуме. В комплексе Гольджи образуются лизосомы и синтезируются некоторые по­лисахариды.