Лабораторно-практическое занятие № 9

Тема: «Аппарат (комплекс) Гольджи»

Цель занятия: выявить морфо-функциональные особенности комплекса Гольджи.

Вопросы для обсуждения

1. Тонкое строение аппарата Гольджи.

2.

Демонстрационные препараты

Оборудование

1. Фотографии, схемы, рисунки из Атласа по биологии клетки, Ж.-К.Ролана, А. Селоши, Д. Селоши, пер.В.П. Белого, под ред. Ю.С. Ченцова. ─ М.: Мир. 1978. ─ 119 с.

Теоретическое обоснование для подготовки к занятию

Аппара́т (ко́мплекс) Го́льджи ─ мембранная структура эукариотической клетки, органелла, в основном предназначенная для выведения веществ, синтезированных в эндоплазматическом ретикулуме. Аппарат Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего его в 1897 году (Fabene P.F., Bentivoglio M., 1998).

Рис. 1. Схема Аппарата Гольджи (А). Строение Аппарата Гольджи (Б)

Примечание: аппарат Гольджи ─ окруженные мембранами полости (цистерны) и связанная с ними система пузырьков. Функции ─ накопление органических веществ; «упаковка» органических веществ; выведение органических веществ; образование лизосом.

Аппарат (комплекс) Гольджи представляет собой стопку дискообразных мембранных мешочков (цистерн), несколько расширенных ближе к краям, и связанную с ними систему пузырьков Гольджи. В растительных клетках обнаруживается ряд отдельных стопок (диктиосомы), в животных клетках часто содержится одна большая или несколько соединенных трубками стопок.

В Комплексе Гольджи выделяют 3 отдела цистерн, окруженных мембранными пузырьками:

1. Цис-отдел (ближний к ядру).

2. Медиальный отдел.

3. Транс-отдел (самый отдаленный от ядра).

Эти отделы различаются между собой набором ферментов. В цис-отделе первую цистерну называют «цистерной спасения», так как с ее помощью рецепторы, поступающие из промежуточной эндоплазматической сети, возвращаются обратно. Фермент цис-отдела: фосфогликозидаза (присоединяет фосфат к углеводу ─ маннозе).

В медиальном отделе находится 2 фермента: манназидаза (отщепляет манназу) и N-ацетилглюкозаминтрансфераза (присоединяет определенные углеводы ─ гликозамины).

В транс-отделе ферменты: пептидаза (осуществляет протеолиз) и трансфераза (осуществляет переброс химических групп).

Тонкое строение аппарата Гольджи (АГ). В электронном микроскопе видно, что аппарат Гольджи представлен мембранными структурами, собранными вместе в небольшой зоне (рис. 1, 2); в виде стопки расположены плоские мембранные мешки (цистерны), количество таких мешков в стопке обычно не превышает 5-10. Между которыми рас­полагаются тонкие прослойки гиалоплазмы. Каждая отдельная цистерна имеет диаметр около 1 мкм и переменную толщину; в центре мембраны могут быть сближены (25 нм), а на периферии иметь расширения ─ ампулы, ширина которых непостоянна.

Рис. 2. Схема строения диктиосомы (по Ченцову Ю.С., 2010)

Примечание: П ─ проксимальная (цис-) часть; Д ─ дистальная (транс-) часть; В ─ вакуоли; Ц ─ плоские мембранные цистерны; А ─ ампулярные расширения цистерн.

У некоторых одноклеточных их число может достигать 20 штук. Кроме плотно распо­ложенных плоских цистерн в зоне АГ наблюдается множество вакуолей. Мелкие вакуоли встречаются главным образом в периферических участках зоны АГ; иногда видно, как они отшнуровываются от ампулярных расширений на краях плоских цистерн. При­нято различать в зоне диктиосомы проксимальный или фор­мирующийся, цис-участок, и дистальный или зрелый, транс-­участок (рис. 15.5). Между ними располагается средний или про­межуточный участок АГ. Во время деления клеток сетчатые формы АГ распадаются до диктиосом, которые пассивно

и случайно рас­пределяются по дочерним клеткам. При росте клеток общее количество диктио­сом увеличивается.

Рис. 3. Типы аппарата Гольджи (по Ченцову Ю.С., 2010)

Примечание: а ─ сетчатый в клетках кишечного эпителия; б ─ диффузный в клетках спинального ганглия; I ─ ядро; 2 ─ АГ; 3 ─ ядрышко.

АГ обычно поляризован в секретирующих клетках: его проксимальная часть обращена к цитоплазме и ядру, а дистальная ─ к поверхности клетки. В прокси­мальном участке к стопкам сближенных цистерн примыкает зона мелких гладких пузырьков и коротких мембранных цистерн.

Рис. 4. Аппарат Гольджи (АГ) в электронном ми­кроскопе(по Ченцову Ю.С., 2010)

Рис. 5. Схематическое изображение компо­нентов аппарата Гольджи (по Ченцову Ю.С., 2010)

Примечание: 1 ─ ЭПР-АГ (ERGIC) ─ промежуточная зона; 2 ─ цис-зона, проксимальный участок; 3 ─ медиальный ─ средний участок; 4 ─ транс-дистальный участок; 5 ─ транс-сеть АГ.

В средней части диктиосомы периферия каждой цистерны также сопровожда­ется массой мелких вакуолей около 50 нм в диаметре.

В дистальном или транс-участке диктиосом к последней мембранной плоской цистерне примыкает участок, состоящий из трубчатых элементов и массой мелких вакуолей, часто имеющих фибриллярную опушѐнность по поверхности со сто­роны цитоплазмы ─ это опушѐнные или окаймленные пузырьки такого же типа, как и окаймленные пузырьки при пиноцитозе (от др.-греч.πίνω ─ пью, впитываю и κύτος ─ вместилище,клетка ─ захват клеточной поверхностью жидкости с содержащимися в ней веществами; процесс поглощения и внутри клеточного разрушения макромолекул).

Это так называемая транс-сеть ап­парата Гольджи (TGN), где происходит разделение и сортировка секретируемых продуктов. Еще дистальнее располагается группа более крупных вакуолей ─ это уже продукт слияния мелких вакуолей и образования секреторных вакуолей.

При изучении толстых срезов клеток в мегавольтный электронный микроскоп было найдено, что в клетках отдельные диктосомы могут быть связаны друг с дру­гом системой вакуолей и цистерн. Так что образуется рыхлая трехмерная сеть, выявляемая в световом микроскопе. В случае диффузной формы АГ каждый от­дельный его участок представлен диктиосомой. В клетках животных часто с зо­ной мембран аппарата Гольджи ассоциированы центриоли; между радиально от­ходящих от них пучков микротрубочек лежат группы стопок мембран и вакуолей, которые концентрически окружают клеточный центр. Эта связь, вероятно, отра­жает участие микротрубочек в движении вакуолей.

Функции аппарата Гольджи. Наряду с белками в аппарате Гольджи осуществляется транспорт мембранных липидов.

1. Разделение белков на 3 потока:

● Цис-отдел (ближний к ядру); лизосомальный ─ гликозилированные белки (с маннозой) поступают в цис-отдел комплекса Гольджи, некоторые из них фосфорилируются, образуется маркёр лизосомальных ферментов ─ манноза-6-фосфат. В дальнейшем эти фосфорилированные белки не будут подвергаться модификации, а попадут в лизосомы.

● Медиальный отдел; конститутивный экзоцитоз (конститутивная секреция). В этот поток включаются белки и липиды, которые становятся компонентами поверхностного аппарата клетки, в том числе гликокаликса, или же они могут входить в состав внеклеточного матрикса.

● Транс-отдел (самый отдаленный от ядра); индуцируемая секреция ─ сюда попадают белки, которые функционируют за пределами клетки, поверхностного аппарата клетки, во внутренней среде организма. Характерен для секреторных клеток.

2. Формирование слизистых секретов (секреторная функция аппарата Гольджи) ─ гликозамингликанов (мукополисахаридов).

●Мембранные элементы АГ участвуют в сегрегации и накоплении продуктов, синтезированных в ЭПР, участвуют в их химических перестройках, созревании (перестройка олигосахаридных компонентов гликопротеинов в составе водорастворимых секретов или в составе мембран), (рис. 6).

●В цистернах АГ происходит синтез полисахаридов, их взаимосвязь с белками, приводящая к образованию мукопротеидов.

●Главное, с помощью элементов аппарата Гольджи происходит процесс выведения готовых секретов за пределы клетки. Кроме того, АГ ─ источник клеточных лизосом.

●Участие АГ в процессах выведения секреторных продуктов было очень хорошо изучено на примере экзокринных клеток поджелудочной железы. Для этих кле­ток характерно наличие большого числа секреторных гранул (зимогеновых гра­нул), которые представляют собой мембранные пузырьки, заполненные белко­вым содержимым. В составе белков зимогеновых гранул входят разнообразные ферменты: протеазы, липазы, карбогидразы, нуклеазы.

При секреции содержи­мое этих зимогеновых гранул выбрасывается из клеток в просвет железы, а затем перетекает в полость кишечника. Так как основным продуктом, выводимым клет­ками поджелудочной железы, является белок, то исследовали последовательность включения радиоактивных амино-­кислот в различные участки клетки (рис. 7).

Рис. 6. Схема связи ЭПР, аппарата Гольджи с образо­ванием и выделением зимогена из ацинарных клеток поджелудочной железы (по Ченцову Ю.С., 2010)

Примечание: 1 ─ переходная зона между ЭПР и АГ; 2 ─ зона созревания секреторных гранул; 3 ─ отделившиеся от АГ зимогеновые гранулы; 4 ─ их выход (экзоцитоз) за пределы клетки.

Рис. 7. Последовательность обнаружения [1-4) метки от ³Н-лизина при синтезе и выведении белкового секрета из клетки под­желудочной железы (по Ченцову Ю.С., 2010)

Примечание: К ─ кровеносный апилляр, Ц ─ цитоплазма клетки; П ─ просвет железы. Стрелки показывают пути миграции метки.

Для этого животным вводили меченную тритием амино­кислоту (³Н-лейцин) и с помощью электронно-микроскопической радиоавтографии следили во вре­мени за локализацией метки. Ока­залось, что АГ является промежу­точным звеном между собственно синтезом секретируемого белка и выведением его из клетки. Также подробно процессы синтеза и вы­ведения белков были изучены на других клетках (молочная железа, бокаловидные клетки кишеч­ника, щитовидная железа и др.), и были исследованы морфологи­ческие особенности этого про­цесса.
нтезированный на ри­босомах, экспортируемый белок отделяется и накапливается вну­три цистерн ЭПР, по которым он транспортируется к зоне мембран АГ. Здесь от гладких участков ЭПР отщепляются мелкие вакуоли, содержащие синтезированный бе­лок, которые поступают в зону вакуолей в прок­симальной части диктиосомы (ЭПР-АГ ком­плекс). В этом месте ва­куоли могут сливаться друг с другом и с пло­скими цис-цистернами диктиосомы. Таким об­разом происходит перенесение белкового про­дукта уже внутри поло­стей цистерн АГ.

●В аппарате Гольджи происходит не просто «перекачка» продуктов из одной полости в другую, но и постепенно идет их «созревание», модификация белков, которая заканчивается «сортировкой» продуктов, направляющихся или к лизосомам, или к плазматической мембране, или к секреторным вакуолям.

3. Формирование углеводных компонентов гликокаликса ─ в основном, гликолипидов.

4. Сульфатирование углеводных и белковых компонентов гликопротеидов и гликолипидов. В аппарате Голь­джи происходит также сульфатирование глюкозаминогликанов и некоторых белков.

5. Частичный протеолиз белков ─ иногда за счет этого неактивный белок переходит в активный (проинсулин превращается в инсулин).

6. Транспорт веществ из эндоплазматической сети. Аппарат Гольджи асимметричен ─ цистерны, располагающиеся ближе к ядру клетки (цис-Гольджи) содержат наименее зрелые белки, к этим цистернам непрерывно присоединяются мембранные пузырьки ─ везикулы, отпочковывающиеся от гранулярного эндоплазматического ретикулума (ЭПР), на мембранах которого и происходит синтез белков рибосомами. Перемещение белков из эндоплазматической сети (ЭПС) в аппарат Гольджи происходит неизбирательно, однако не полностью или неправильно свернутые белки остаются при этом в ЭПС. Возвращение белков из аппарата Гольджи в ЭПС требует наличия специфической сигнальной последовательности (лизин-аспарагин-глутамин-лейцин) и происходит благодаря связыванию этих белков с мембранными рецепторами в цис-Гольджи.

7. Модификация белков в аппарате Гольджи. В цистернах аппарата Гольджи созревают белки предназначенные для секреции, трансмембранные белки плазматической мембраны, белки лизосом и т. д. Созревающие белки последовательно перемещаются по цистернам в органеллы, в которых происходят их модификации ─ гликозилирование и фосфорилирование. При О-гликозилировании к белкам присоединяются сложные сахара через атом кислорода. При фосфорилировании происходит присоединение к белкам остатка ортофосфорной кислоты.

В цис-зону аппарата Гольджи синтезированные в ЭПР белки попадают после первичного гликозилирования и редукции там же нескольких сахаридных остатков. В конечном итоге все белки там имеют одинаковые олигосахаридные цепи, состоящие из двух молекул N-ацетил-глюкозамина, шести молекул маннозы (рис. 8). В цис-цистернах начинается вторичная модификация олигосахаридных цепей и их сортировка на два класса. В результате олигосахариды на гидролитических ферментах, предназначенных для лизосом (олигосахариды, богатые маннозой), фосфорилируются, а олигосахариды других белков, направляемых в секреторные гранулы, или к плазматической мембране, подвергаются сложным превращениям, теряя ряд сахаров и присоединяя галактозу, N-ацетилглюкозамин и сиаловые кислоты. При этом возникает специальный комплекс олигосахаридов. Такие превращения олигосахаридов осуществляются с помощью ферментов ─ гликозилтрансфераз, входящих в состав мембран цистерн аппарата Гольджи.

По мере модифика­ции белков в цистернах аппарата Гольджи, они с помощью мелких ва­куолей переносятся от цистерн к цистерне в дистальную часть дик­тиосомы, пока не до­стигают трубчатой мем­бранной сети в транс­участке диктиосомы. В этом участке проис­ходит отщепление мел­ких пузырьков, содер­жащих уже зрелый продукт. Цитоплазматическая поверхность таких пузырьков бывает сходна с поверхностью окаймленных пузырьков, кото­рые наблюдаются при рецепторном пиноцитозе. Отделившиеся мелкие пузырьки сливаются друг с другом, образуя секреторные вакуоли. После этого секреторные вакуоли начинают двигаться к поверхности клетки, соприкасаются с плазматиче­ской мембраной, с которой сливаются их мембраны, и, таким образом, содержи­мое этих вакуолей оказывается за пределами клетки. Морфологически этот про­цесс экструзии (выбрасывания) напоминает пиноцитоз, только с обратной последовательностью стадий. Он носит название экзоцитоз. Экзоцитоз (от греч. Έξω ─ внешний и κύτος ─ клетка) ─ у эукариот клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы (мембранные пузырьки) сливаются с внешней клеточной мембраной. При экзоцитозе содержимое секреторных везикул (экзоцитозных пузырьков) выделяется наружу, а их мембрана сливается с клеточной мембраной. Практически все макромолекулярные соединения (белки, пептидные гормоны и др.) выделяются из клетки этим способом.

Такое описание событий является только общей схемой участия аппарата Голь­джи в секреторных процессах. Дело усложняется тем, что одна и та же клетка мо­жет участвовать в синтезе многих выделяемых белков, может их друг от друга изолировать и направлять к клеточной поверхности или же в состав лизосом.

Каждая зона в диктиосомах имеет свой набор ферментов гликозилирования, то гликопротеиды как бы по эстафете переносятся из одного мембран­ного отсека («этажа» в стопке цистерн диктиосомы) в другой и в каждом подверга­ются специфическому воздействию фер­ментов.

Рис. 8. Пути вторичного гликозили­рования белков в аппарате Гольджи (по Ченцову Ю.С., 2010)

Примечание: а ─ первичное гликозилирование в ЭПР; б ─ результат вторичного гликозилирова­ния в АГ белков плазматической мембра­ны и секреторных вакуолей; в ─ резуль­тат вторичного гликозилирования белков лизосом; Ман ─ манноза; Асп ─ аспарагин; Гл ─ глюкоза; СК ─ сиаловая кислота; Га ─ N-ацетилглюкозамин; Гал ─ галактоза.

В цис-участке происходит фосфорилирование манноз в лизосомных ферментах и образуется особая маннозо-6-группировка, характерная для всех гидро­литических ферментов, которые потом по­падут в лизосомы.

В средней части диктиосом протекает вторичное гликозилирование секреторных белков: дополнительное удаление маннозы и присоединение N-ацетилглюкозамина.

В транс-участке к олигосахаридной цепи присоединяются галактоза и сиаловые кис­лоты (рис. 9).

Рис. 9. Локализация ферментов модифи­кации белков в аппарате Гольджи (по Ченцову Ю.С., 2010)

Примечание: 1 ─ синтез белка в ЭПР; 2 ─ фосфорилиро­вание лизосомных олигосахаридов; 3 ─ от­щепление маннозы; ─ 4присоединение N-ацетилглюкозамина; 5 ─ присоединение ман­нозы; 6 ─ присоединение сиаловой кислоты; 7 ─ сортировка белков на рецепторах в транс­сети; 8 ─ лизосома; 9 ─ секреторная вакуоль; 10 ─ плазмалемма

8. Взаимосвязь аппарата Гольджи и эндоплазматического ретикулума. В разных областях аппарата Гольджи имеет место посттрансляционная модификация белков (рис. 9). Созревшие (модифицированные) белки переносятся везикулами в различные отделы клетки, такие, как лизосомы (4), цитоплазматическая мембрана (6) или секреторные пузырьки (5). Последние высвобождают свое содержимое к межклеточное пространство, сливаясь с плазматической мембраной (экзоцитоз). Эти транспортные процессы могут быть конститутивными, т.е. проходить постоянно, или регуляторными, т.е. управляться химическими сигналами. Направленность процесса в первую очередь зависит от сигнальной последовательности синтезируемого белка.

В образцах препаративно выделен­ных зон АГ при негативном контрастировании видно, что к проксимальной ча­сти диктиосомы примыкает сетевидная или губкообразная система мембранных полостей. Считается, что эта система (ЭПР ─ АГ) может представлять собой зону перехода элементов ЭПР в зону аппарата Гольджи.

Рис. 9. Аппарат Гольджи и шероховатый эндоплазматический ретикулум

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) ─ протяженная замкнутая мембранная структура, построенная из сообщающихся трубкообразных полостей и мешочков, называемых цистернами. В области ядра ЭПР сообщается с внешней ядерной мембраной. Между шероховатым и гладким ЭПР имеется морфологическое различие: мембраны шероховатого ЭР усеяны множеством рибосом, в то время как гладкий ЭР не имеет связанных рибосом.

Шероховатый эндоплазматический ретикулум (А) ─ место активного биосинтеза белков. Именно здесь синтезируются белки, которые будут функционировать в составе мембран, лизосом или секретироваться из клетки. Остальные белки синтезируются в цитоплазме на рибосомах, не связанных с мембранами ЭПР. Белки, синтезированные на шероховатом ЭПР (1), претерпевают посттрансляционные модификации (созревание белков). Они либо остаются внутри шероховатого ЭР в виде мембранных белков, либо транспортируются с помощью везикул (2) в аппарат Гольджи (3). Транспортные везикулы образуются почкованием мембран, а затем исчезают, сливаясь с ними.

Гладкий эндоплазматический ретикулум ─ эндоплазматическая сеть, не имеющая связанных рибосом (ГЭР), (рис. 10). Он занимает в клетке сравнительно небольшой объем.

Рис. 10. Аппарат Гольджи и гладкий эндоплазматический ретикулум

Выраженный ГЭР имеется в клетках с активным обменом липидов, таких, как гепатоциты и клетки Лейдига. Для ГЭР характерна замкнутая система разветвленных канальцев. ГЭР принимает участие в синтезе липидов. Биосинтез осуществляется ферментами, закрепленными на мембранах ГЭР. Здесь локализован синтез фосфолипидов и отдельные стадии синтеза холестерина. В ГЭР специализированных клеток эндокринной системы протекают различные стадии синтеза стероидных гормонов. В ГЭР локализованы также процессы метаболической трансформации ксенобиотиков. В этих реакциях принимает участие система цитохрома Р450, которую считают основной системой ГЭР. ГЭР выполняет функцию депо ионов Са²⁺, поддерживающего низкий уровень Са²⁺ в цитоплазме. Эта функция более всего свойственна саркоплазматическому ретикулуму, специализированной форме ГЭР мышечных клеток (см. с. 326). В мембранах ГЭР локализованы управляемые Са²⁺-каналы и энергозависимые Са²⁺-насосы, а высокая концентрация ионов Са²⁺ в цистернах поддерживается при участии Са²⁺-связывающих белков.

9. Сортировка белков в аппарате Гольджи. Через аппарат Гольджи проходит по крайней мере три потока синтезиро­ванных клеткой нецитозольных белков: поток гидролитических ферментов в компартмент лизосом, поток выделяемых белков, которые накапливаются в секретор­ных вакуолях, и выделяются из клетки только по получении специальных сигналов, поток постоянно выделяемых секреторных белков. Существует специальный механизм пространственного разделения этих раз­ных белков и их путей следования.

Аппарат Гольджи в нейронах. Спинно­мозговой узел котенка. Обработка четырехокисью ос­мия. Спинномозговые узлы млекопитающих находятся вблизи спинного мозга и содержат чувствительные нервные клетки. При малом увеличе­нии видны крупные нервные клетки ─ нейроны или нейроциты (1) ─ округлой формы, располагающиеся преимущественно в периферических отделах спинномоз­гового узла.

Рис. 1. Аппарат Гольджи в нейронах. Спинно­мозговой узел котенка. Обработка четырехокисью ос­мия

Нейроны ─ наиболее крупные шаровидные клетки с отростками. Однако отростки нейронов выяв­ляются только при специальной гистологической обра­ботке и поэтому на данном препарате не видны. Между скоплениями нейронов находятся нервные волокна (2) и соединительная ткань. Вокруг нейронов видны в виде темных точек ядра (3) клеток-сателлитов или мантий­ных глиоцитов. Нейроциты отлича­ются друг от друга размерами, что связано как с дей­ствительными различиями их величины, так и направлением плоскости, через которую прошел срез. Надо найти нейроны, в которых видны структурные компоненты, и изу­чить их при большом увеличении (Б). Вокруг ядра (1) на светлом фоне нейроплазмы (2) выделяется черная извилистая сеть (3). При восстановлении четырехокиси осмия металлический осмий откладывается черным осадком на поверхность структурных компонентов ап­парата Гольджи, придавая ему вид клубка нитей или сети (отсюда старое название этой структуры ─ внутри­клеточный сетчатый аппарат). Аппарат Гольджи состо­ит из изогнутых и анастомозирующих между собой ни­тей и перекладин. Иногда эта сеть вплотную прилегает к ядру и охватывает его, образуя как бы корзинку (4). В других нейронах (5) она располагается несколько отступая от ядра. Встречаются нейроциты, в цитоплаз­ме которых аппарат Гольджи состоит из отдельных па­лочек, чешуек, фрагментов (6), не связанных между собой и разбросанных по всей нейроплазме. Строение и расположение в цитоплазме аппарата Гольджи связа­ны с различным функциональным состоянием нейронов. В нервных клетках (7), ядро которых не попало в срез, аппарат Гольджи занимает центральную часть клетки. В поверхностно срезанных нейроцитах (8) он срезан тангенциально; в этом случае он имеет вид се­ти, занимающей своими перекладинами всю нейроплазму. Изучение аппарата Гольджи на светооптическом уровне свидетельствует, что сетевидная форма этого образования характерна для большинства клеток тка­ней взрослого организма. Электронная микроскопия по­казала, что аппарат Гольджи представляет собой слож­ную мембранную систему, в состав которой входят три типа структур: цистерны, микропузырьки и вакуоли. Эти структурные особенности аппарата Гольджи послу­жили основанием для его названия ─ комплекс Гольд­жи или пластинчатый комплекс. Участок цитоплазмы, в котором располагается этот органоид, называют «зо­ной Гольджи». Анализ ультраструктурных и биохими­ческих особенностей пластинчатого комплекса в различ­ных клетках животных и растений показал, что струк­тура его элементов в разных объектах сходна и он функ­ционально связан с процессами, обеспечивающими жизнедеятельность клетки. Такие наблюдения дают основание для причисления комплекса Гольджи к органоидам общего значения. Этот органоид особенно сильно выражен в клетках с интенсивным синтезом веществ (нервные, яйцевые, железистые). Комплекс Гольджи весьма активный органоид, участвующий в синтезе веществ, обеспечивающих рост и замену отмирающих час­тей клетки, а также потребности всего организма. Пос­леднее достигается путем выделения синтезируемого продукта за пределы клетки.

13

Источник: StudFiles.net

Що таке апарат Гольджі

Апарат Гольджі, він же комплекс Гольджі, являє собою один з найважливіших компонентів в будові клітини. Ця клітинна органела, названа на честь італійського біолога Камілло Гольджі, який її відкрив в 1898 році, вона має вигляд комплексу порожнин, обмежених одиночними мембранами. По суті, апарат Гольджі це мембранна структура еукаріотичної клітини.

Будова апарату Гольджі

Якщо ми подивимося на апарат Гольджі в електронний мікроскоп, то побачимо через нього щось, що нагадує стопку накладених один на одного мішечків, біля яких знаходиться безліч бульбашок. В середині кожного подібного мішка знаходиться вузький канал, який розширюється на кінцях в так звані цистерни. Від них в свою чергу відокремлюються бульбашки. Навколо центральної стопки утворюється система пов’язаних між собою трубочок.

Зовнішня сторона апарату Гольджі має трохи опуклу форму, там наші стопки утворюють нові цистерни шляхом злиття бульбашок, що відгалужуються від гладкої ендоплазматичної мережі. З внутрішньої сторони апарату цистерни завершують своє дозрівання і також розпадаються знову на бульбашки. Подібним чином відбувається переміщення цистерн (мішечків, стопок) від зовнішньої сторони органели до внутрішньої.

Також частина комплексу Гольджі, яка розташовується ближче до ядра клітини, називається «цис», а частина, яка знаходиться ближче до мембрани, називається «транс».

Так виглядає апарат Гольджі на малюнку.

Функції комплексу Гольджі

Роль апарату Гольджі в житті клітини різноманітна, в основному вона зводиться до модифікації і перерозподілу синтезуючих речовин і також їх виведенню за межі клітини, утворенню лізосом і побудови цитоплазматичної мембрани.

Вельми висока активність апарату Гольджі в секреторних клітинах. Білки, які надходять з ендоплазматичної мережі концентруються в апараті Гольджі, потім в бульбашках Гольджі переносяться до мембрани.

У клітинах рослин при формуванні клітинної стінки саме Гольджі секретує вуглеводи, які служать матриксом для неї. За допомогою мікротрубочок бульбашки Гольджі переміщаються і їх мембрани зливаються з цитоплазматичною мембраною, а вміст включається в клітинну стінку.

Комплекс Гольджі келихоподібних клітин (вони знаходяться в товщі епітелію слизової оболонки кишечника і дихальних шляхів) секретує глікопротеїн муцин, він утворює слиз.

А в клітинах кишечника саме апарат Гольджі виконує важливу функцію по переміщенню ліпідів. Відбувається це таким чином: жирні кислоти і гліцерин потрапляють в клітини, потім в ендоплазматичній мережі відбувається синтез своїх ліпідів, велика частина з яких покривається білками і за допомогою Гольджі транспортується до клітинної мембрани, пройшовши через яку ліпіди опиняються у лімфі.

Також завдяки апарату Гольджі відбувається формування лізосом, на яких більш детально ми зупинимося в майбутній статті.

Источник: www.poznavayka.org

Ця структура вперше була описана італійським вченим К. Гольджі в нейронах спинального ганглія в 1898 р при використанні специфічного методу фарбування мембранних органоїдів клітини за рахунок зв’язування осмію і срібла (рис. 6.4). В даний час показано, що апарат Гольджі зустрічається в більшості еукаріотичних клітин за дуже рідкісним винятком. Наприклад, апарат Гольджі відсутній в еритроцитах.

В електронному мікроскопі видно, що апарат Гольджі представлений скупченням мембранних цистерн з розширенням на кінцях і безліччю невеликих вакуолей. Одна стопка мембранних структур називається діктіосоми. У діктіосоме цистерни щільно упаковані і зближені, так що розташовані строго одна над іншою, відстань між ними становить 20-25 нм. Кількість цистерн в стосі зазвичай не перевищує десяти. Вакуолі розташовані переважно в периферичних районах діктіосоми. Діктіосоми клітини можуть бути пов’язані між собою в єдину сітчасту структуру або розташовані окремо. Кількість диктиосом в клітці в межах двадцяти. В рослинній клітині апарат Гольджі відтиснутий до периферії клітини центральної вакуолью.
Ділянка апарату Гольджі, розташований з боку ядра, називається цис-стороною. Звідси в диктиосом надходять речовини, синтезовані в Шер. Інша сторона апарату Гольджі орієнтована до плазматичної мембрани, вона називається транс-стороною. Тут формуються секреторні вакуолі, різноманітні екзоцітозние вакуолі і лізосоми. Схема роботи апарату Гольджі представлена ​​на рис. 6.5. Речовини, що прийшли в апарат Гольджі, можуть переміщатися з «поверху» на «поверх» в діктіосоме тільки в одному напрямку: від цис-сторони до трансстороне.

До складу мембран цистерн апарату Гольджі входить безліч ферментів. На різних «поверхах» діктіосоми представлений різний набір ферментів. Перехід речовин з поверху на поверх призводить до змін структури переміщуються молекул. Наприклад, в мембранах цис-відділу діктіосоми до ферментів лізосом пришивається особливий маркер – манозу-6-фосфат. На більш високих «поверхах» ферменти додають залишки галактози і сіалова кислоти до білків, які клітина секретує назовні. Отже, переходячи з «поверху» на «поверх» діктіосоми, речовини маркуються, до них приєднуються сигнальні молекули, які забезпечать їх адресний, спрямований транспорт в ту чи іншу органелу. В апараті Гольджі відбувається перебудова олігосахаридних компонентів глікопротеїнів у складі водорозчинних компонентів або у складі мембран.
У ряді спеціалізованих клітин апарат Гольджі володіє власною синтетичної функцією. Крім сигнальних молекул, в ньому синтезуються секретуються складні полісахариди. Так, в рослинних клітинах в діктіосоми апарату Гольджі синтезуються гемицеллюлоза і пектинові речовини, що входять до складу матриксу клітинної оболонки. В келихоподібних клітинах шлунка виробляється слиз, до складу якої входять складні мукополісахариди, звані тепер глікозамінопротеогліканамі, які також синтезуються в цистернах апарату Гольджі. Але головна функція апарату Гольджі – модифікація вуглеводних компонентів білків і ліпідів, що надійшли з шорсткого ретикулума.
Через апарат Гольджі проходять принаймні три потоки білків, синтезованих в Шер. Це білки, які накопичуються в секреторних вакуолях, клітина виділяє їх назовні при отриманні сигналу – гормонального або від нервової системи. Наприклад, з клітин підшлункової залози з початком процесу травлення в кишечнику виділяються травні ферменти, попередньо синтезовані і накопичені в них. У разі сигнальної секреції білки накопичуються в вакуолях протягом декількох годин, при цьому вакуолі досягають розміру до 0,5 мкм. Безліч секреторних вакуолей накопичується поблизу плазматичної мембрани. Під дією стимулу (гормонального, медиаторного, або нервового імпульсу) відбувається зміна концентрації іонів кальцію в гіалоплазме, що різко стимулює екзоцитоз, і вміст секреторних вакуолей виливається на поверхню клітини. Другий потік – це ферменти лізосом, які повинні бути відокремлені від секретується речовин і потрапити не на поверхню клітини, а саме в лізосоми. Третій потік – це білки, які клітина постійно виділяє за межі своєї мембрани без будь-яких сигналів, у міру утворення невеликих екзоцітозних бульбашок. Оскільки цей процес відбувається постійно, він називається конститувною секрецією. Майже для кожного типу клітин характерна своя конститутивна секреція. Наприклад, клітини печінки постійно синтезують і секретують назовні альбуміни плазми крові; багато типів клітин синтезують і секретують фактори росту; фібробласти сполучної тканини постійно синтезують і секретують колагенові і еластинових волокна. У міру проходження з поверху на поверх апарату Гольджі всі білки отримують відповідні маркери, але остаточна сортування відбувається на транс-стороні апарату Гольджі. У мембранах транс-боку апарату Гольджі знаходяться рецептори, які дізнаються відповідні маркери, взаємодіють з ними і беруть участь в локальному накопиченні відповідних білків і ферментів. Так формується три потоки вакуолей на поверхні апарату Гольджі з транс-сторони.
Всі три типи вакуолей: секреторні, екзоцітозние вауколі і лізосоми повинні містити рецептори, провзаємодіяти з сигнальними частинами білкових молекул. У складі вакуолей рецептори разом з сигнальними молекулами можуть отщепляться, а потім і повертатися в різні відділи апарату Гольджі, формуючи ретроградний транспорт, контрольований спеціальними білками.
Таким чином, основні функції апарату Гольджі полягають у наступному:
1. Маркування всіх білків, що надійшли з ЕПР.
2. Формування секреторних вакуолей двох типів: конститутивних і сигнальних.
3. Формування лізосом.
4. Формування та маркування всіх клітинних мембран.
5. Синтетична функція – синтез складних полісахаридів, секретується клітиною в зовнішнє середовище.
Роботу всієї вакуолярно-транспортної системи можна розглянути на прикладі передачі нервового імпульсу від одного нейрона іншого через синапс, описаний в попередньому розділі. У момент передачі нервового імпульсу відбувається регульована секреція нейромедіатора в синаптичну щілину за допомогою екзоцитозу. Процес цей протікає протягом часток секунди. Екзоцитоз призводить до багаторазового збільшення площі синаптичної мембрани у складі синаптичної бляшки. Слідом за екзоцитозу відбувається активний ендоцитоз, невеликі вакуолі, відриваючись від плазматичної мембрани, переміщаються в зону апарату Гольджі, де знову наповнюються нейромедіатором, попередньо синтезованим в Шер, після чого переміщуються в зону синаптического закінчення. Поступово кількість синаптичних вакуолей з нейромедіатором збільшується. Цей процес триває кілька секунд, і в цей час нейрони не можуть передавати імпульси від однієї клітини до іншої. Даний приклад наочно демонструє ритмічність роботи вакуолярно-транспортної системи по шляху регульованої секреції. У разі конститувною секреції подібної ритмічності не спостерігається, процеси екзоцитозу і ендоцитозу відбуваються постійно.

Питання
1. Що таке діктіосоми? Як вони влаштовані?
2. Як співвідносяться поняття «апарат Гольджі» і «діктіосоми»?
3. Що таке цис-сторона і транс-сторона апарату Гольджі?
4. Як речовини потрапляють в апарат Гольджі?
5. Що відбувається з білками, що надійшли в апарат Гольджі?
6. Як маркуються ферменти лізосом?
7. Які функції виконує апарат Гольджі?
8. Що таке регульована секреція і конститутивна секреція? Наведіть приклади.
9. Яку роль виконують специфічні рецептори на трансстороне апарату Гольджі?

Источник: moyaosvita.com.ua

Строение аппарата Гольджи

Комплекс Гольджи по внешнему виду, видимому в электронный микроскоп, напоминает стопку наложенных друг на друга дискообразных мешочков, около которых находится множество пузырьков. Внутри каждого «мешка» находится узкий канал, расширяющийся на концах в так называемые цистерны (иногда цистерной называют весь мешочек). От них отпочковываются пузырьки. Вокруг центральной стопки формируется система взаимосвязанных трубочек.

С наружней, имеющей несколько выпуклую форму, стороны стопки образуются новые цистерны путем слияния пузырьков отпочковывающихся от гладкой эндоплазматической сети. На внутренней стороне цистерны завершают свое созревание и распадаются снова на пузырьки. Таким образом, цистерны (мешочки стопки) Гольджи перемещаются от наружней стороны к внутренней.

Часть комплекса, располагающаяся ближе к ядру, называется «цис». Та, что ближе к мембране, – «транс».

Функции комплекса Гольджи

Функции аппарат Гольджи разнообразны, в общей сложности сводятся к модификации, перераспределению синтезированных в клетке веществ, а также их выведению за пределы клетки, образованию лизосом и построению цитоплазматической мембраны.

Активность комплекса Гольджи высока в секреторных клетках. Белки, поступающие из ЭПС, концентрируются в аппарате Гольджи, затем переносятся к мембране в пузырьках Гольджи. Ферменты секретируются из клетки путем обратного пиноцитоза.

К приходящим в Гольджи белкам присоединены олигосахаридные цепочки. В аппарате они модифицируются и служат маркерами, с помощью которых белки сортируются и направляются по своему пути.

У растений при формировании клеточной стенки Гольджи секретирует углеводы, служащие матриксом для нее (целлюлоза здесь не синтезируется). Отпочковавшиеся пузырьки Гольджи перемещаются с помощью микротрубочек. Их мембраны сливаются с цитоплазматической мембраной, а содержимое включается в клеточную стенку.

Комплекс Гольджи бокаловидных клеток (находятся в толще эпителия слизистой оболочки кишечника и дыхательных путей) секретирует гликопротеин муцин, который в растворах образует слизь. Подобные вещества синтезируются клетками кончика корня, листьев и др.

В клетках тонкого кишечника аппарат Гольджи выполняет функцию транспорта липидов. В клетки попадают жирные кислоты и глицерол. В гладкой ЭПС происходит синтез своих липидов. Большинство из них покрываются белками и посредством Гольджи транспортируются к клеточной мембране. Пройдя через нее, липиды оказываются в лимфе.

Важной функцией является формирование лизосом.

Источник: biology.su

Строение комплекса Гольджи

В пластинчатом комплексе (аппарат Гольджи) имеется три части:

• Цис-цистерна — находится вблизи ядра, постоянно взаимодействует с гранулярной эндоплазматической сетью;
• медиал-цистерна или промежуточная часть;
• транс-цистерна — отдаленная от ядра, дает трубчатые разветвления, формируя транс-сеть Гольджи.

Пластинчатый комплекс в клетках разной природы и даже на различных этапах дифференцировки одной клетки, иногда имеет отличительные черты в строении.

Характерные признаки аппарата Гольджи

Имеет вид стопки, которая состоит от трех до восьми цистерн, толщиной около 25 нм, они уплощены в центральной части и расширяются в направлении к периферии, напоминают стопку перевернутых тарелок. Поверхности цистерн примыкают друг к другу очень плотно. От периферической части отпочковываются небольшие мембранные пузырьки.

Клетки человека имеют одну, реже пару стопок, а клетки растений могут содержать несколько таких образований. Совокупность цистерн (одна стопка) совместно с окружающими ее пузырьками называется диктиосомой. Несколько диктиосом могут связываться между собой, формируя сеть.

Полярность – наличие цис-стороны, направленной к ЭПС и ядру, где происходит слияние везикул, и транс-стороны, устремленной к клеточной оболочке (это особенность хорошо прослеживается в клетках секретирующих органов).

Асимметричность – сторона расположенная ближе к ядру клетки (проксимальный полюс) вмещает «незрелые» белки, к ней постоянно присоединяются везикулы, отсоединившиеся от ЭПС, транс-сторона (дистальный, зрелый полюс) содержит уже модифицированные белки.

При разрушении чужеродными агентами пластинчатого комплекса, происходит разделение аппарата Гольджи на отдельные части, но его основные функции при этом сохраняются. После возобновления системы микротрубочек, которые были хаотично разбросаны в цитоплазме, части аппарата собираются, и снова превращаются в нормально функционирующий пластинчатый комплекс. Физиологическое разделение происходит и в обычных условиях жизнедеятельности клеток, во время непрямого деления.

ЭПС и комплекс Гольджи

ЭПС – это часть комплекса Гольджи? 

Однозначно нет. Эндоплазматическая сеть – это самостоятельная мембранная органелла, которая построена из системы замкнутых канальцев, цистерн, сформированных непрерывной мембраной. Основная функция – синтез белков, с помощью рибосом, размещенных на поверхности гранулярной ЭПС.

Существует ряд сходных признаков между ЭПС и аппаратом Гольджи:

• Это внутриклеточные образования, отграниченные от цитоплазмы мембраной;
• отделяют мембранные пузырьки, которые наполнены органическими продуктами синтеза;
• вместе формируют единую синтезирующую систему;
• в секретирующих клетках имеют наибольшие размеры и высокий уровень развития.

Чем образованы стенки эндоплазматической сети и комплекса Гольджи?

Стенки ЭПС и аппарата Гольджи представлены в виде однослойной мембраны. Эти органеллы вместе с лизосомами, пероксисомами и митохондриями объединены в группу мембранных органоидов.

Что происходит в комплексе Гольджи с гормонами и ферментами?

За синтез гормонов отвечает эндоплазматическая сеть, на поверхности ее мембраны идет производство гормональных веществ. В комплекс Гольджи поступают синтезированные гормоны, здесь они накапливаются, затем идет переработка и выведение их наружу. Поэтому в клетках эндокринных органов встречаются комплексы больших размеров (до 10 мкм).

Функции комплекса Гольджи

Протеолиз белковых веществ, что приводит к активации белков, так проинсулин переходит в инсулин.

Обеспечивает транспорт из клетки продуктов синтеза ЭПС.

Самой важной функцией комплекса Гольджи считают выведение из клетки продуктов синтеза, поэтому его еще называют транспортным аппаратом клетки.

Синтез полисахаридов, таких как пектин, гемицеллюлоза, которые входят в состав мембран растительных клеток, образование гликозаминогликанов, одного из составляющих межклеточной жидкости.

В цистернах пластинчатого комплекса идет созревание белковых веществ, необходимых для секреции, трансмембранных протеинов клеточной мембраны, ферментов лизосом и др. В процессе созревания белки постепенно перемещаются по отделам органоида, в которых завершается их формирование и происходит гликозилирование и фосфорилирование.

Формирование липоптротеидных веществ. Синтез и накопление слизистых веществ (муцина). Образование гликолипидов, которые входят в состав мембранного гликокаликса.

Передает белки в трех направлениях: к лизосомам (перенос контролируется ферментом – маннозой- 6-фосфат), к мембранам или внутриклеточной среде, и к межклеточному пространству.

Вместе с зернистой ЭПС образует лизосомы, путем слияния отпочковавшихся везикул с автолитическими ферментами.

Экзоцитозный перенос – везикула, подойдя к мембране, встраивается в нее и оставляет свое содержимое с наружной стороны клетки.

Источник: animals-world.ru