Пероксисомы

Структура и функция: корреляция с клиникой

Найденные в большинстве эукариотических клеток пероксисомы- одиночные органеллы, окруженные мембраной. Они служат основным местом использования кислорода, и этим схожи с митохондриями. При поперечном разрезе пероксисомы имеют круглую форму, но при серийных срезах видно разветвленное строение.

Фермент каталаза, находящаяся в пероксисомах в больших концентрациях, расщепляет пероксид водорода (Н2О2) на кислород и воду. Этот тип окислительных реакций особенно важен для клеток печени и почек, в которых происходит огромное число реакций детоксикации. Например, пероксисомы в гепатоцитах обезвреживают поглощенный алкоголь, превращая его в уксусный альдегид.

Пероксисомы также участвуют в β- окислении. Это окисление приводит к расщеплению жирных кислот на два углеводородных фермента, которые используются в качестве строительного материала для других отделов клетки.

Пероксисомы содержат приблизительно 50 ферментов, которые участвуют в различных путях метаболизма. Пероксисома содержит первые два фермента, участвующие в реакциях синтеза плазмалогенов, которые составляют приблизительно 19% от общего содержания фосфолипидов организма. Плазмалогены в высоких концентрациях находятся в головном мозгу и сердце.

Основные пероксисомные болезни человека

Некоторые наследственные заболевания связаны с нарушением функции пероксисом. Например, синдром Цельвегера (СЦ) обусловлен почти полной потерей пероксисомной функции и классифицируется как заболевание Iгруппы, наиболее тяжелой в этом типе наследственных патологий. При синдроме Цельвегера в пероксисоме отсутствует большое число важных ферментов. Пациенты с заболеваниямиIгруппы умирают в детском возрасте. КIIгруппе относятся менее тяжелые пероксисомные заболевания, например цельвегероподобные синдромы, для которых характерно большее содержание пероксисомных ферментов. ЗаболеванияIIIгруппы, например адренолейкодистрофия, характеризуются нарушением функционирования одного пероксисомного фермента. Это наименее тяжелая форма пероксисомных заболеваний.

Эндоплазматический ретикулум

Эндоплазматический ретикулум (ЭР) состоит из ветвящихся трубочек и уплотненных мешотчатых полостей, занимающих большой объем цитоплазмы всех эукариотических клеток. Эта лабиринтная мембранная структура расположена близко к ядру. Полости ЭР связаны между собой.

В ЭР протекает множество биосинтетических процессов. Мембрана ЭР принимает участие в образовании плазматической мембраны, комплекса Гольджи, лизосомной мембраны, секреторных пузырьков и эндосом.

ЭР делится на две функционально различные структуры: гладкий эндоплазматический ретикулум и шероховатый эндоплазматический ретикулум. Гладкий ЭР – это главная клеточная органелла, где происходит биосинтез липидов и накопление кальция. В гладком эндоплазматическом ретикулуме также образуются детоксицирующие ферменты семейства Р450. Синтез и разрушение этих ферментов происходят быстро и зависят от внешних сигналов.

Шероховатый эндоплазматический ретикулум

Шероховатым эндоплазматическим ретикулумом называется мембранный компартмент, с которым связано множество рибосом. В результате исследования синтеза белка и клеточной компартментализации было показано, что биосинтез всех мембран происходит в шероховатом ЭР и с его помощью. В этой мембранной сети синтезируются белки и липиды, входящие в состав всех остальных клеточных мембран. Процесс синтеза и транспорта мембранных компонентов остается предметом активных исследований в области клеточной биологии. Получено достаточно информации об основных механизмах этого процесса, хотя некоторые детали до сих пор неизвестны.

Полость эндоплазматического ретикулума

Физико-химическая среда

В полости эндоплазматического ретикулума поддерживается среда, в которой проходит посттрансляционная модификация белка, в частности, гликозилирование, формирование дисульфидных мостиков, сворачивание полипептида и сборка субъединиц. При нарушении этих процессов белок не выходит из полости ЭР.

Компоненты полости ЭР:

1. Протеиндисульфидизомераза (PDI);

2. Кальций;

3. Шапероны ЭР (BiP), Grp-94 и пептидилпропилизомераза;

4. Кальнексин- это белок с молекулярной массой 88кДа, находящийся в ЭР;

5. Кальретикулин

Задержка белков в ЭР

Выход веществ из ЭР происходит путем формирования транспортных пузырьков, которые обладают специфической протеиновой оболочкой, называемой СОР II. Таким образом, растворимые белки, поступающие в полость ЭР, доставляются к другим клеточным органеллам с помощью пузырьков, которые отпочковываются от мембраны ЭР. Некоторые белки, необходимые для конформации белка и ядерного гликозилирования, остаются в ЭР.

Задержка белков в ЭР осуществляется различными механизмами. Оказалось, что определенные белки удаляются из транспортных пузырьков, поскольку имеют характерную форму или неправильно свертываются и остаются связанными с белками ЭР, такими как BiP или шапероны. Позже такие белки разрушаются в полости эндоплазматического ретикулума.

Механизмы переноса секреторных белков и монотопных мембранных белков.

Перенос полипептидов, входящих в состав различных мембранных белков, происходит по-разному. Напомним, что существует два основных типа интегральных мембранных белков: белки, содержащие один трансмембранный домен (монотопные) и белки, содержащие несколько петель, пересекающих мембранный бислой (политопные).

Механизмы переноса мембранных липидов.

Везикулярный механизм и мономерный обмен

Существует два основных механизма транспорта мембранных липидов.

1. Везикулярный механизм, обеспечивающий транспорт липидов к плазматической мембране, комплексу Гольджи и лизосомам. Этот путь включает отпочковывание от мембраны ЭР пузырьков, которые сливаются с комплексом Гольджи и затем перемещаются к другим органеллам.

2. Мономерный обмен – процесс прямого переноса липидов с поверхности ЭР к таким органеллам, как митохондрия и пероксисома, с помощью белков обмена липидов.Фосфатидилхолин (РС) участвует в обоих типах движения. Он синтезируется на цитозольной поверхности ЭР. Некоторые молекулы РС переносятся через мембрану к полостной поверхности, затем путем эндоцитоза поступают в комплекс Гольджи, к плазматической мембране и к конечной цели своего назначения: наружной поверхности клетки. В то же время, некоторые молекулы РС остаются на цитозольной поверхности и могут быть переправлены нпосредственно к митохондрии.

Отпочковывание пузырьков и слияние пузырьков – основные способы перемещения внутриполостного содержимого, а также мембранных липидов и интегральных белков. Считается, что в некоторых случаях за счет быстрого синтеза липидов на цитозольном слое образуется изгиб мембраны, что инициирует процесс отпочковывания в ЭР.

Иллюстративный материал: презентация

Литература

Основная:

1. Генетика. Учебник для медвузов/ Под ред. академика РАМН В.И. Иванова. – М..: ИКЦ «Академкнига», 2006.– 640с..

2. Введение в молекулярную медицину /Под.ред. М.А.Пальцева, М.Медицина, 2004

3. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология: учеб.пособие для медвузов.-М.: Мед. информ. агентство, 2003 г.- 536 с.

4. Фаллер, ЖДжеральд М. Молекулярная биология клетки: Руководство для врачей. Пер. с анг. – М.: Бином-Пресс, 2006 г. – 256 с.

5. Култанов Б.Ж., Кислицкая В.Н., Есильбаева Б.Т. Генетика и индивидальное развитие: Алматы ТОО «Эверо», 2012, 152 с.

Дополнительная:

1. Казымбет П.К., Мироедова Э.П. Биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов. – Астана, 2006, 2007.

2. Медицинская биология и генетика/ Под.редакцией Куандыкова Е.У., Алматы, 2004

3. Пехов А.П. Биология: мед. Биология, генетика и паразитология: Учебник/ А.П. Пехов. М.: ГОЭТОР-Медиа, 2011. – 653 с.

Стамбеков С.Ж., Короткевич О.С., Петухов В.Л. Генетика: Учебник для вузов РК/ - Новосибирск: 2006. – 616 с.

Контрольные вопросы:

1.Строение ядерно-порового комплекса.

2.Строение центриолей.

3.Особенности структурной организации комплекса Гольджи.

4.Происхождение пероксисом.

5.Значение автолиза и автофагии для клетки.

6.Функции шероховатой ЭПС.

7.Функции гладкой ЭПС.

8.Функции ядрышка.

10