Место, где мы сейчас находимся, получило свое название по имени итальянского гистолога Камилло Гольджи, который на пороге текущего столетия открыл эту систему в нервных клетках, пропитанных солями металла, и описал ее в виде тонкой сети, названной внутренним сетчатым аппаратом.
Истинная пространственная форма аппарата Гольджи (часто называемого просто Гольджи) все еще выясняется. Он несколько характерных компонентов, н структурные Детали варьируют от клетки клетке, и точные границы этой системы не установлены. Гольджи представля собой комплекс крупных и мелких окруженных мембраной полостей «беспорядочного^ вида (за которым на самом деле скрывается высокая степень упорядоченности) часто располагающийся в «товарном складе» и «упаковочных центрах».
Самым крупным и наиболее типичны компонентом Гольджи является диктиосома , названная так благодаря представлениям Гольджи об это системе. Конечно, аппарат Гольджи такаяже сеть, как и эндоплазматический ретикулум; он просто кажется сетью на поперечном срезе. Диктиосома представляет собой скопление нескольких крупных уплощеных, мембранозных цистерн, тесно спрессованных друг с другом наподобие стопи крупных двустенных чаш. Эта структур» напоминает стопку и потому, что имен изогнутые поверхности: одну вогнутую, другую выпуклую. Сейчас мы находима в первой цистерне на выпуклой поверхности вблизи эндоплазматического ретикулума. Стенки этой структуры незначительг» отличаются от стенок гладкого ЭР. Одна по мере продвижения от одной полости другой в направлении от выпуклой к вогнутой поверхности стопки мембраны становятся толще и грубее, увеличивает» количество холестерина в липидном бисл и углеводных боковых цепей в мембранн белках. Окружающие нас мембраны яви становятся все более похожими на плазм» тическую мембрану. Эта полярность отражает присущую аппарату Гольджи функцию упаковки. Секреторные продукты, проходя через аппарат Гольджи, передвигаются от «контейнеров», похожих по структуре на эндоплазматический ретикулум, к «контейнерам», построенным подобно плазматической мембране. Такое изменение, вероятно, необходимо перед выходом продукта из клетки путем слияния с плазматической мембраной и экзоцитоза.
Как именно секреторные продукты движутся через аппарат Гольджи — вопрос, страстно обсуждаемый учеными. По мнению некоторых, цистерны вместе с содержимым передвигаются от одной позиции к другой в пределах «стопки»; при этом их мембраны непрерывно изменяются и в конце концов распадаются на везикулы, которые и доставляют продукты к пункту назначения. Приверженцы этой точки зрения описывают стопку Гольджи как структуру, в которой имеются формирующаяся (из эндоплазматического ретикулума) и созревающая поверхности. Другие исследователи рассматривают стопку Гольджи как более статичную систему, через которую продукты движутся либо по постоянным соединениям, либо используя везикулярный транспорт и следуя по маршрутам, которые могут изменяться в зависимости от продукта и не обязательно проходить через все цистерны стопки Гольджи. Согласно этой концепции, они используют чисто топологические понятия цис и транс (относительно эндоплазматического ретикулума), чтобы различать поверхности стопки Гольджи. Во избежание путаницы с цисимембранными слияниями мы будем употреблять термины «эндоплазматический» н] «экзоплазматический».
В целом, как нам представляется, статическая модель ближе к истине. Изменения в структуре мембраны, отражающие! полярность системы, не являются постепенными изменениями, постулированными а] динамической модели. Они затрагивают! глубокие и значительные различия, при которых, например, целые группы ферментов замещаются другими группами. На! основании имеющихся данных скорее всего] можно заключить, что мембраны Гольджи| не подвергаются подобной выраженной реорганизации — по крайней мере со скоростью, сопоставимой со скоростью пере-1 движения секреторных продуктов по это!
системе. Отсюда следует, что содержимое и вместилище не могут двигаться одновременно; такой вывод противоречит мнению, постулированному динамической моделью.
По мере продвижения по аппарату Гольджи секреторные белки подвергаются значительной доработке, включая частичное укорочение некоторых боковых цепей олигосахаридов, которые были собраны в ЭР, добавление фосфатных групп (так называемое фосфорилирование) или жирных кислот (ацилирование) и дальнейшее протеолитическое расщепление.
Второй важной функцией Гольджи является сортировка. Как это происходит, известно до некоторой степени только для кислых гидролаз, предназначенных для пищеварительной системы лизосом. Но попытаемся воспроизвести, отчасти гипотетически, ход событий. В Гольджи лизосо-мальные ферменты получают характерную адресную метку в виде концевых маннозофосфатных групп, прикрепленных к некоторым олигосахаридным боковым цепям. Фермент, ответственный за их прикрепление, не метит аналогичным образом другие гликопротеины: он «узнает» специфическую структуру (предположительно аминокислотную последовательность или тип последовательности), типичную для всех лнзосомальных гидролаз. Последующее опознавание маннозофосфатной метки производится специфическими сайтами (местами) связывания, сгруппированными на внутренней поверхности некоторых участков мембраны Гольджи. Посредством этих сайтов из смеси секреторных белков «выуживаютса» лизосомальные ферменты. Нагруженные ими участки мембран отрываются в виде везикул, которые избирательно движутся к лизосомам (или к эндосомам) и, сливаясь с ними, разгружают содержимое при контакте с кислой средой лизосом. По-видимому, затем опорожненные везикулы возвращаются к аппарату Гольджи.
Однако этот удивительный механизм сортировки несовершенен; некоторые молекулы лизосомальных ферментов сопровождают основной секреторный поток и выходят во внеклеточное пространство. Если они были тщательно помечены, их можно еще спасти, поскольку, как мы уже вкратце упоминали в гл. 5, рецепторы для маннозо- 6-фосфата также обнаруживаются на плазматической мембране многих клеток. Среди исследователей все еще дискутируется возможность перехода большей части загруженных рецепторов из Гольджи к лизосомам через поверхность клетки, хотя существование прямого внутриклеточного пути кажется весьма вероятным. Во всяком случае, благодаря существованию внеклеточного пути истинная секреция лизосомальных ферментов отчасти происходит даже при нормальных условиях. При патологических состояниях, когда нарушается транспорт ферментов к лизосомам, она может значительно усиливаться. Последствия такого истечения, однако, менее драматичны, чем при разгрузке лизосом (дефекации), так как некоторые лизосомальные гидролазы, включая особенно опасные катепсины (протеазы), синтезируются в форме неактивных проферментов, которые активируются только после попадания в лизосомы.
Помимо доставки к месту назначения упаковка должна соответствовать способу доставки секреторных продуктов, непрерывному или прерывистому. При непрерывной секреции продукты постоянно выходят из аппарата Гольджи, упакованные в мелкие мембранозные везикулы, которые отпочковываются от Гольджи, и разгружают содержимое во внеклеточное пространство путем экзоцитоза. При прерывистой секреции продукты концентрируются в больших конденсирующих вакуолях, которые превращаются в зрелые секреторные гранулы — крупные, плотноупакованные,окруженные мембраной структуры, имеющие характерные для железистых клеток черты. Гранулы высвобождают свое содержимое путем экзоцитоза, но только при соответствующей стимуляции — часто сложной цепи нервных и гормональных переключений, которые завершаются локальным выходом ацетилхолина. Этот перенос-чик соединяется с рецептором .на клеточной поверхности , и наступившее в результате конформационное изменение запускает механизм выхода секреторных гранул путем экзоцитоза, возможно впуская ионы кальция в клетку. Если же стимул не поступает и клетка продолжает вырабатывать секреторные гранулы, они начинают сливаться с лизосомами, а не с плазматической мембраной, и излишки секреторных продуктов разрушаются кринофагией .
Лизосомальные гидролазы обычно транспортируются в лизосомы постоянно. Но существует одно поразительное исключение: полиморфноядерный лейкоцит. Эта клетка крови производит и хранит лизосомальные гидролазы в течение нескольких поколений в ходе своего развития и дифференцировки от стволовой клетки, находящейся в костном мозгу; то же касается лизоцима и ряда других бактерицидных агентов. Лейкоцит накапливает эти вещества в двух типах крупных цитоплазматических гранул, известных как азурофильные и специфические гранулы. Гранулы остаются по существу инертными в цитоплазме до тех пор, пока клетка, соблазненная соответствующими антителами-приправой (опсонизация), не начнет пожирать себя и бактерии или другие инородные частицы . В результате происходит массированный выход содержимого гранул в фагоцитарные вакуоли и, как следствие, убийство и переваривание добычи (гл. 5). Как мы уже знаем, после участия в такой борьбе лейкоцит в отличие от других фагоцитирующих клеток не восстанавливается. Высокая степень специализации, превратившая его в контролируемый секреторный объект, одновременно сделала его и объектом, секретирующнм всего лишь раз. В конце своей фагоцитарной схватки лейкоцит погибает.
