Вакуом

В начале XX столетия французские цитологи предложили название «вакуом» для обозначения сложной системы вакуолей и гранул, обнаруженной в растительных и животных клетках. По их мнению, вакуом состоял из множества цитоплазматических структур, в том числе аппарата Гольджи, за исключением митохондрий, которые они рассматривали как отдельную систему, хондриом. Такое разделение оказалось настоящим предвидением, и слово «вакуом», которое ранее не находило всеобщего признания, заслуживает быть воскрешенным. Термин «вакуолярная система», который иногда используется в таком же значении сегодня, более расплывчатый, поскольку им длительное время обозначали только импортную часть всей системы.Импорт и экспорт, каждый с соответствующими реакциями процессинга в них, — основные функции вакуома. Если, однако, рассматривать анатомическую и функциональную организацию системы, то наиболее .поразительной чертой окажется ее разделение на два домена аппаратом Гольджи.
Эндоплазматический ретикулум (ЭР), или эндоплазматический домен, располагается по одну сторону от Гольджицис- сторону, которую мы называем эндоплазматической. Связанный с производством белков, ЭР имеет отчетливо выраженную полярность от участков, связывающих рибосомы, в шероховатом ЭР к переходным элементам между гладким ЭР и Гольджи. За исключением этой асимметрии, мембраны ЭР, которые также являются местом «обитания» некоторых метаболических систем, не связанных с секрецией (см. гл. 13), во многом однородны по составу. Продвижение по этой части вакуома осуществляется весьма просто и в одном направлении. ЭР направляет свое содержимое в Гольджи со слегка заметным обратным током. Согласно имеющимся данным, секреторные продукты перемещаются через эффективную одностороннюю «замок — ловушку», даже если их транспорт может зависеть от двустороннего направленного мембранного челнока. Это означает также, что импортный поток останавливается у барьера Голь-джи. Действительно, материалы, захваченные эндоцитозом, не попадают в эндоплазматический домен. Нам удалось сделать это, но только прокладывая путь через «ловушку».
Совсем иная картина наблюдается по другую сторону от аппарата Гольджи, где располагается то, что можно назвать экзоплазматическим доменом вакуома (не общепринятое, но весьма полезное название, которое мы распространяем на транс-поверхность аппарата Гольджи). Этот домен включает множество везикул, вакуолей и гранул всевозможной формы и величины, связанных с аппаратом Гольджи, друг с другом и с околоклеточным пространством сложной сетью транспортных путей. Мембраны, окружающие эти структуры, имеют некоторые общие свойства с плазматическими мембранами. Они толще мембран ЭР (около 10 нм против 7 нм) в значительной степени из-за большей плотности олигосахаридных боковых цепочек, расположенных на внутренней поверхности. Они также содержат преобладающее количество некоторых фосфолипидов, таких, как сфингомиелин, и высокие концентрации холестерина. Однако их белковый состав далеко не однороден, даже плазматическая мембрана разделена на отдельные области.
Передвижение в этой части вакуома чрезвычайно затруднено и осуществляется в разных направлениях. Из Гольджи основной поток секреторных продуктов направляется к сайтам (местам) их выгрузки, расположенным на клеточной поверхности, либо непрерывно посредством цепочки мелких везикул, либо прерывисто, с промежуточной остановкой в секреторных гранулах после концентрации в конденсирующих вакуолях. По одному из важных путей кислые гидролазы доставляются из Гольджи в лизосомы. Кроме того, перегрузка секреторного пути ведет к открытию кринофагического обходного пути, который направляет избыточные продукты из секреторных гранул в лизосомы.
Фагоцитоз, опосредованный рецепторами эндоцитоз и, возможно, другие формы эндоцитоза составляют импортные пути. Они сходятся в основном в лизосомах, но по пути могут, особенно проходя через эндосомы, образовывать ответвления — пути, которые обходят лизосомы и по которым поглощенные материалы Доставляются к тому месту, где они проникли в клетку (так называемая регургитация), или переносятся через клетку к определенному внеклеточному району (диацитоз), или доставляются в гранулы хранения.
Эта сеть транспортных путей, по-видимому, значительно усложнится, если одновременно рассматривать движение как содержимого, так и контейнеров, в которых оно перемещается. Еще до недавнего времени величину перемещения контейнеров недооценивали. Обычно считалось, что мембранный материал, включенный в плазматическую мембрану при экзоцитозе, возвращается при эндоцитозе, присоединяется к лизосомальным мембранам при слиянии эндосом с лизосомами, поглощается при аутофагической сегрегации и в конце концов разрушается при переваривании в лизосомах. Как полагали, в целях компенсации новая мембрана создается в эндоплазматическом ретикулуме и передается в Гольджи для замещения материала, израсходованного плазматической мембраной, при экзоцитозе. Согласно этой концепции, известной как теория «мембранного потока» и включающей динамическую модель функционирования Гольджи , вновь синтезированные мембраны проходят через один экспортно-импортный цикл и затем разрушаются. Иными словами, клетка использует имеющиеся в ее распоряжении свободные контейнеры.
Однако концепция оказалась несостоятельной, когда удалось оценить степень выраженности передвижения контейнеров. Железистая клетка способна удваивать поверхность своей плазматической мембраны при каждой секреторной разгрузке. Макрофаг заглатывает каждый час в два раза большую поверхность, чем поверхность его плазматической мембраны. Подобные скорости по меньшей мере на порядок больше, чем скорости обмена составных частей мембран. Вот почему клеточные контейнеры не могут быть свободными; они должны находиться в состоянии оборота.
Пути рециклирования (перемещения) мембран все еще выясняются. Возможно, наряду с прямыми челноками они включают окольные пути. Центр этого рециклирования мембран лежит в области клетки, иногда называемой ГЭРЛ (сокращение от слов: Гольджи — эндоплазматический ретикулумлизомосы), основным компонентом которой теперь принято считать эндосомы. Удивительно, что это быстрое и сложное рециклирование контейнеров лишь незначительно нарушает идущий в одном направлении транспорт содержимого, хотя, как мы уже видели , и наблюдается некоторое «слюнотечение». Судя по всему, клетка располагает эффективными механизмами для передвижения пустых контейнеров, возможно в виде уплощенных везикул. По-видимому, кислая среда в эндосомолизосомальной части экзоплазматического домена (отдела) играет ключевую роль в «раздевании» и освобождении мембран от лигандов перед их рециклированием.
Еще более значительной представляется способность клетки сохранять высоко- дифференцированную организацию ее вакуома. Каким-то образом, несмотря на бесчисленные слияния между мембранами различного состава, вряд ли существует какое-либо «перемещение» компонентов путем латеральной диффузии через их соединение. Поддерживаются (или даже соз-даются) отчетливые «разрывы», как при группировке занятых рецепторов, которые играют важную роль в избирательном транспорте. Где бы ни происходила сортировка — на поверхности клетки, в эндосомах, в Гольджи, возможно еще где нибудь, — в этом процессе всегда участвуют несущие рецепторы мембранные «пэтчи». Возможно, на эти участки оказывают определенное влияние расположенные под мембраной и прикрепленные к ней элементы цитоскелета .
Теперь, когда мы внимательно взглянули на вакуом, нам стало понятнее наше ощущение не вполне полного пребывания внутри клетки на этом этапе проделанного путешествия. Особенно заметно это было в экзоплазматическом домене, где мы наблюдали поистине удивительную картину перемещения, когда кусочек мембраны, которому в данный момент случилось оказаться в составе клеточной мембраны, в следующий момент мог стать частью эндосомо-лизосомальной системы, чуть позже появиться в Гольджи и в конце концов вернуться обратно на поверхность клетки, и все это за несколько минут! Пер- меазы, насосы и другие транспортные системы, присутствующие на плазматической мембране, по-видимому, продолжают свою работу при попадании внутрь, катализируя те же обменные реакции между цитозолем и содержимым везикул, как они это делают, находясь на клеточной поверхности, между цитозолем и внеклеточной средой. (Однако эффекты могут быть не одинаковы; вспомним протонный насос.) На самом деле, «с точки зрения функционирования», мы только наполовину находимся в клетке — или наполовину вне клетки, — пребывая внутри экзоплазматического домена вакуома. То же характерно и для его содержимого, которое либо только что попало в клетку путем эндоцитоза, либо вскоре будет удалено из клетки путем экзоцитоза. Мы оказываемся чуть глубже в клетке, попадая в эндоплазматический домен, за счет того, что «замок», или «ловушка» Гольджи защищает нас от захвата внеклеточными объектами. С другой стороны, безвозвратная передача содержимого эндоплазматического ретикулума в экзоплазматический домен, чаще всего с последующим выбросом во внеклеточное пространство, отчетливо придает полостям эндоплазматического ретикулума характер превнекле точного пространства.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *