Der Golgi-Komplex besteht aus einem Stapel von Membransäcken (Zisternen), die sich zu den Rändern hin etwas erweitern, und einem damit verbundenen System von Golgi-Vesikeln.

Fast alle von der Zelle abgesonderten Substanzen (sowohl Protein- als auch Nicht-Protein-Natur) passieren den Golgi-Apparat und werden dort in sekretorischen Vesikeln verpackt. Membranelemente von AG sind an der Segregation und Akkumulation von im ER synthetisierten Produkten beteiligt und an deren chemischen Umlagerungen und Reifung beteiligt: ​​Dies ist hauptsächlich die Umlagerung der Oligosaccharidkomponenten von Glykoproteinen in der Zusammensetzung wasserlöslicher Sekrete oder in der Zusammensetzung von Membranen.

In den AG-Becken findet die Synthese von Polysacchariden statt, deren Wechselwirkung mit Proteinen zur Bildung von Mukoproteinen führt. Aber am wichtigsten ist, dass mit Hilfe von Elementen des Golgi-Apparats der Prozess der Entfernung fertiger Sekrete außerhalb der Zelle stattfindet. Darüber hinaus ist AG eine Quelle zellulärer Lysosomen.

Die Beteiligung von AG an den Prozessen der Ausscheidung sekretorischer Produkte wurde am Beispiel exokriner Pankreaszellen sehr gut untersucht. Diese Zellen zeichnen sich durch das Vorhandensein einer großen Anzahl sekretorischer Granula (Zymogengranula) aus, bei denen es sich um mit Proteinen gefüllte Membranvesikel handelt. Zu den Proteinen der Zymogen-Granula gehören verschiedene Enzyme: Proteasen, Lipasen, Kohlenhydrate, Nukleasen. Bei der Sekretion wird der Inhalt dieser Zymogenkörnchen aus den Zellen in das Lumen der Drüse freigesetzt und fließt dann in die Darmhöhle. Da das Hauptprodukt, das von Pankreaszellen ausgeschieden wird, Protein ist, wurde die Reihenfolge des Einbaus radioaktiver Aminosäuren in verschiedene Teile der Zelle untersucht. Zu diesem Zweck wurde den Tieren eine mit Tritium markierte Aminosäure (3H-Leucin) injiziert und die Lokalisierung der Markierung über die Zeit mittels elektronenmikroskopischer Autoradiographie überwacht. Es stellte sich heraus, dass die Markierung nach kurzer Zeit (3–5 Minuten) nur in den Basalbereichen der Zellen lokalisiert war, in Bereichen, die reich an granulärem ER sind. Da die Markierung während der Proteinsynthese in die Proteinkette eingebaut wurde, war klar, dass die Proteinsynthese weder in der AG-Zone noch in den Zymogenkörnern selbst stattfand, sondern ausschließlich im Ergastoplasma auf Ribosomen synthetisiert wurde. Etwas später (nach 20–40 Minuten) wurde in der Zone der AG-Vakuolen eine andere Markierung als Ergastoplasma gefunden. Folglich wurde das Protein nach der Synthese im Ergastoplasma in die AG-Zone transportiert. Auch später (nach 60 Minuten) wurde die Markierung bereits im Bereich der Zymogengranula nachgewiesen. Anschließend war die Markierung im Lumen der Acini dieser Drüse zu sehen. Somit wurde klar, dass AG ein Zwischenglied zwischen der eigentlichen Synthese des sekretierten Proteins und seiner Entfernung aus der Zelle ist. Die Prozesse der Proteinsynthese und -ausscheidung wurden auch in anderen Zellen (Brustdrüse, Darmbecherzellen, Schilddrüse usw.) eingehend untersucht und die morphologischen Merkmale dieses Prozesses untersucht. Das an Ribosomen synthetisierte exportierte Protein wird abgetrennt und sammelt sich in den ER-Zisternen an, durch die es zur AG-Membranzone transportiert wird. Dabei werden kleine Vakuolen, die das synthetisierte Protein enthalten, von den glatten Bereichen des ER abgespalten und gelangen in die Vakuolenzone im proximalen Teil des Dictyosoms. An diesem Punkt können die Vakuolen miteinander und mit den flachen Cis-Zisternen des Dictyosoms verschmelzen. Auf diese Weise wird das Proteinprodukt bereits in die Hohlräume der AG-Tanks überführt.

Da Proteine ​​in den Zisternen des Golgi-Apparats verändert werden, werden sie mittels kleiner Vakuolen von Zisterne zu Zisterne in den distalen Teil des Dictyosoms transportiert, bis sie das röhrenförmige Membrannetzwerk in der Transregion des Dictyosoms erreichen. In diesem Bereich werden kleine Bläschen abgetrennt, die ein bereits ausgereiftes Produkt enthalten. Die zytoplasmatische Oberfläche solcher Vesikel ähnelt der Oberfläche umrandeter Vesikel, die bei der Rezeptorpinozytose beobachtet werden. Die getrennten kleinen Bläschen verschmelzen miteinander und bilden sekretorische Vakuolen. Danach beginnen sich die sekretorischen Vakuolen in Richtung Zelloberfläche zu bewegen, kommen mit der Plasmamembran in Kontakt, mit der ihre Membranen verschmelzen, und so erscheint der Inhalt dieser Vakuolen außerhalb der Zelle. Morphologisch ähnelt dieser Prozess der Extrusion (Auswerfen) der Pinozytose, nur mit umgekehrter Abfolge der Stadien. Es heißt Exozytose.

Diese Beschreibung der Ereignisse ist nur ein allgemeines Diagramm der Beteiligung des Golgi-Apparats an sekretorischen Prozessen. Die Sache wird dadurch erschwert, dass dieselbe Zelle an der Synthese vieler sekretierter Proteine ​​beteiligt sein, sie voneinander isolieren und an die Zelloberfläche oder in Lysosomen leiten kann. Im Golgi-Apparat findet nicht nur ein „Pumpen“ von Produkten von einem Hohlraum in einen anderen statt, sondern auch deren allmähliche „Reifung“, Modifikation von Proteinen, die mit der „Sortierung“ von Produkten endet, die entweder an Lysosomen oder an Lysosomen gesendet werden Plasmamembran oder zu sekretorischen Vakuolen.

Ticket 36. Modifikation von Proteinen im Golgi-Apparat. Sortieren von Proteinen in AG

In den Zisternen des Golgi-Apparats reifen Proteine, die zur Sekretion bestimmt sind, Transmembranproteine ​​der Plasmamembran, Lysosomenproteine ​​usw. Die reifenden Proteine ​​​​bewegen sich nacheinander durch die Zisternen der Organelle, in denen ihre Modifikationen stattfinden – Glykosylierung und Phosphorylierung. Bei der O-Glykosylierung werden komplexe Zucker über ein Sauerstoffatom an Proteine ​​angelagert. Phosphorylierung tritt auf, wenn Proteinen ein Orthophosphorsäurerest hinzugefügt wird. Verschiedene Zisternen des Golgi-Apparats enthalten unterschiedliche residente katalytische Enzyme und daher laufen in ihnen nacheinander unterschiedliche Prozesse mit reifenden Proteinen ab. Es ist klar, dass ein solcher schrittweiser Prozess irgendwie gesteuert werden muss. Tatsächlich sind reifende Proteine ​​durch spezielle Polysaccharidreste (hauptsächlich Mannose) „markiert“, die offenbar die Rolle einer Art „Qualitätszeichen“ spielen. Zur Erklärung dieses Mechanismus gibt es zwei sich gegenseitig ausschließende Hypothesen:

· Dem ersten zufolge erfolgt der Proteintransport über die gleichen Mechanismen des vesikulären Transports wie der Transportweg aus dem ER, und residente Proteine ​​werden nicht in das knospende Vesikel einbezogen;

· Gemäß der zweiten findet eine kontinuierliche Bewegung (Reifung) der Zisternen selbst statt, ihr Zusammenbau aus Vesikeln an einem Ende und ihre Zerlegung am anderen Ende der Organelle, und residente Proteine ​​bewegen sich mithilfe des Vesikeltransports retrograd (in die entgegengesetzte Richtung). .

Es ist bekannt, dass nur Vorläuferproteine ​​lysosomaler Hydrolasen über ein spezifisches Oligosaccharid, nämlich eine Mannosegruppe, verfügen. In cis-Zisternen werden diese Gruppen phosphoryliert und dann zusammen mit anderen Proteinen von Zisternen zu Zisternen über die mittlere Zone in die Trans-Region übertragen. Die Membranen des Transnetzwerks des Golgi-Apparats enthalten einen Transmembran-Proteinrezeptor (Mannose-6-Phosphat-Rezeptor oder M-6-P-Rezeptor), der phosphorylierte Mannosegruppen der Oligosaccharidkette lysosomaler Enzyme erkennt und an diese bindet. Diese Bindung erfolgt bei neutralen pH-Werten innerhalb der Zisternen des Transnetzwerks. Auf Membranen bilden diese M-6-F-Rezeptorproteine ​​Cluster, Gruppen, die sich in den Bildungszonen kleiner, mit Clathrin beschichteter Vesikel konzentrieren. Im Transnetzwerk des Golgi-Apparats erfolgt deren Trennung, Knospung und weitere Übertragung auf Endosomen. Folglich binden M-6-F-Rezeptoren als Transmembranproteine ​​an lysosomale Hydrolasen, trennen sie, sortieren sie von anderen Proteinen (z. B. sekretorischen, nicht-lysosomalen) und konzentrieren sie in umrandeten Vesikeln. Nach der Trennung vom Transnetzwerk verlieren diese Vesikel schnell ihre Hülle, verschmelzen mit Endosomen und übertragen ihre mit Membranrezeptoren verbundenen lysosomalen Enzyme in diese Vakuole. Wie bereits erwähnt, kommt es im Inneren von Endosomen aufgrund der Aktivität des Protonentransporters zu einer Versauerung der Umgebung. Ab pH 6 dissoziieren lysosomale Enzyme von M-6-P-Rezeptoren, werden aktiviert und beginnen im Hohlraum des Endolysosoms zu wirken. Membranabschnitte werden zusammen mit M-6-F-Rezeptoren durch das Recycling von Membranvesikeln in das Transnetzwerk des Golgi-Apparats zurückgeführt. Höchstwahrscheinlich durchläuft der Teil der Proteine, der sich in sekretorischen Vakuolen ansammelt und nach Erhalt eines Signals (z. B. eines Nerven- oder Hormonsignals) aus der Zelle entfernt wird, den gleichen Auswahl- und Sortiervorgang an den Rezeptoren der Transzisternen des Golgi-Apparats . Diese sekretorischen Proteine ​​dringen zunächst in kleine, ebenfalls mit Clathrin beschichtete Vakuolen ein, die dann miteinander verschmelzen. In sekretorischen Vakuolen sammeln sich angesammelte Proteine ​​häufig in Form dichter sekretorischer Körnchen an. Dies führt zu einem etwa 200-fachen Anstieg der Proteinkonzentration in diesen Vakuolen im Vergleich zur Konzentration im Golgi-Apparat. Anschließend werden diese Proteine, wenn sie sich in sekretorischen Vakuolen ansammeln, durch Exozytose aus der Zelle freigesetzt, wenn die Zelle das entsprechende Signal empfängt. Der dritte Strom von Vakuolen, der mit einer konstanten, konstitutiven Sekretion verbunden ist, geht ebenfalls vom Golgi-Apparat aus. Somit scheiden Fibroblasten eine große Menge an Glykoproteinen und Mucinen aus, die Teil der Hauptsubstanz des Bindegewebes sind. Viele Zellen sezernieren ständig Proteine, die ihre Bindung an Substrate erleichtern; es gibt einen ständigen Fluss von Membranvesikeln zur Zelloberfläche, die Elemente der Glykokalyx und Membranglykoproteine ​​transportieren. Dieser von der Zelle freigesetzte Fluss von Komponenten unterliegt keiner Sortierung im Rezeptor-Trans-System des Golgi-Apparats. Die Primärvakuolen dieses Flusses spalten sich ebenfalls von den Membranen ab und sind in ihrer Struktur mit umrandeten Vakuolen verwandt, die Clathrin enthalten. Zum Abschluss der Betrachtung der Struktur und Funktionsweise eines so komplexen Membranorganells wie des Golgi-Apparats muss betont werden, dass es sich trotz der scheinbaren morphologischen Homogenität seiner Komponenten, der Vakuole und der Zisterne, tatsächlich nicht nur um eine Ansammlung von handelt Vesikel, sondern ein schlankes, dynamisches, komplex organisiertes, polarisiertes System. In der AG findet nicht nur der Transport von Vesikeln vom ER zur Plasmamembran statt. Es findet ein retrograder Transport von Vesikeln statt. Dadurch spalten sich Vakuolen von sekundären Lysosomen ab und kehren zusammen mit Rezeptorproteinen in die trans-AG-Zone zurück. Darüber hinaus gibt es einen Vakuolenfluss von der trans-Zone in die cis-Zone des AG sowie von der cis-Zone in das endoplasmatische Retikulum. In diesen Fällen sind die Vakuolen mit Proteinen des COP I-Komplexes beschichtet. Es wird angenommen, dass auf diese Weise verschiedene sekundäre Glykosylierungsenzyme und Rezeptorproteine ​​in Membranen zurückgeführt werden. Diese Verhaltensmerkmale von Transportvesikeln führten zu der Hypothese, dass es zwei Arten des Transports von AG-Komponenten gibt. Einer von ihnen, der ältesten, zufolge gibt es in der AG stabile Membrankomponenten, zu denen Substanzen aus dem ER über Transportvakuolen weitergeleitet werden. Nach einem alternativen Modell ist AG ein dynamisches Derivat des ER: Vom ER abgespaltene Membranvakuolen verschmelzen miteinander zu einem neuen cis-Tank, der sich dann durch die gesamte AG-Zone bewegt und schließlich in Transportvesikel zerfällt. Nach diesem Modell geben retrograde COP I-Vesikel residente Ag-Proteine ​​in jüngere Zisternen zurück. Daher wird davon ausgegangen, dass die Übergangszone der Notaufnahme eine „Entbindungsklinik“ für den Golgi-Apparat darstellt.

Frage 37. Lysosomen. Funktion der Bildungsstruktur. Heterogenität der Lysosomen. Pathologien von Lysosomen.

Lysosom- Zellorganelle mit einer Größe von 0,2 - 0,4 Mikrometern, eine der Vesikelarten. Diese Einzelmembranorganellen sind Teil des Vakuums (Endomembransystem der Zelle). Verschiedene Arten von Lysosomen können als separate Zellkompartimente betrachtet werden.

Die Funktionen von Lysosomen sind:

Verdauung von Substanzen oder Partikeln, die während der Endozytose von der Zelle aufgenommen werden (Bakterien, andere Zellen)

Autophagie – Zerstörung von für die Zelle unnötigen Strukturen, beispielsweise beim Ersatz alter Organellen durch neue oder bei der Verdauung von Proteinen und anderen Substanzen, die in der Zelle selbst produziert werden

· Autolyse – Selbstverdauung einer Zelle, die zu ihrem Tod führt (manchmal ist dieser Prozess nicht pathologisch, sondern begleitet die Entwicklung des Körpers oder die Differenzierung einiger spezialisierter Zellen). Beispiel: Wenn sich eine Kaulquappe in einen Frosch verwandelt, wird sie von Lysosomen in den Zellen des Schwanzes verdaut: Der Schwanz verschwindet und die dabei gebildeten Stoffe werden von anderen Körperzellen aufgenommen und verwertet.

Manchmal kommt es aufgrund einer Fehlfunktion der Lysosomen zu Speicherkrankheiten, bei denen Enzyme aufgrund von Mutationen nicht oder nur schlecht funktionieren. Ein Beispiel für Speicherkrankheiten ist die amaurotische Idiotie aufgrund der Glykogenspeicherung.

· Der Bruch des Lysosoms und die Freisetzung von Verdauungsenzymen in das Hyaloplasma gehen mit einem starken Anstieg ihrer Aktivität einher. Eine solche Erhöhung der Enzymaktivität wird beispielsweise in Nekroseherden bei Herzinfarkten und unter Strahleneinfluss beobachtet.

Lysosomen entstehen aus Vesikeln (Vesikeln), die sich vom Golgi-Apparat trennen, und Vesikeln (Endosomen), in die bei der Endozytose Stoffe gelangen. Die Membranen des endoplasmatischen Retikulums sind an der Bildung von Autolysosomen (Autophagosomen) beteiligt. Alle lysosomalen Proteine ​​werden an sessilen Ribosomen auf der Außenseite der Membranen des endoplasmatischen Retikulums synthetisiert und passieren dann dessen Hohlraum und den Golgi-Apparat.

Lysosomen sind heterogene Organellen mit unterschiedlichen Formen, Größen, ultrastrukturellen und zytochemischen Merkmalen. „Typische“ Lysosomen in tierischen Zellen sind normalerweise 0,1–1 Mikrometer groß und kugel- oder ovalförmig. Die Anzahl der Lysosomen variiert von einem (eine große Vakuole in vielen Pflanzen- und Pilzzellen) bis zu mehreren Hundert oder Tausenden (in tierischen Zellen).

Es gibt keine allgemein anerkannte Klassifizierung und Nomenklatur für verschiedene Reifungsstadien und Lysosomentypen. Es gibt primäre und sekundäre Lysosomen. Erstere werden im Bereich des Golgi-Apparats gebildet und enthalten Enzyme in inaktivem Zustand, während letztere aktive Enzyme enthalten. Typischerweise werden lysosomale Enzyme aktiviert, wenn der pH-Wert sinkt. Unter den Lysosomen kann man auch Heterolysosomen (Verdauung von Material, das von außen in die Zelle gelangt – durch Phago- oder Pinozytose) und Autolysosomen (Zerstörung zelleigener Proteine ​​oder Organellen) unterscheiden. Die am weitesten verbreitete Klassifizierung von Lysosomen und ihren zugehörigen Kompartimenten ist:

1. Frühes Endosom – endozytische (pinozytotische) Vesikel dringen ein. Vom frühen Endosom aus kehren Rezeptoren, die ihre Ladung (aufgrund des niedrigen pH-Werts) aufgegeben haben, zur Außenmembran zurück.
2. Spätes Endosom – Vesikel mit Material, das während der Pinozytose absorbiert wird, und Vesikel aus dem Golgi-Apparat mit Hydrolasen gelangen vom frühen Endosom hinein. Mannose-6-Phosphat-Rezeptoren kehren vom späten Endosom zum Golgi-Apparat zurück.
3. Lysosom – Vesikel mit einer Mischung aus Hydrolasen und verdaulichem Material gelangen vom späten Endosom in das Lysosom.
4. Phagosom – größere Partikel (Bakterien etc.) dringen in das Phagosom ein und werden durch Phagozytose absorbiert. Phagosomen verschmelzen normalerweise mit einem Lysosom.
5. Ein Autophagosom ist eine Region des Zytoplasmas, die von zwei Membranen umgeben ist und normalerweise einige Organellen enthält und während der Makroautophagie gebildet wird. Verschmilzt mit dem Lysosom.
6. Multivesikuläre Körper – normalerweise von einer einzigen Membran umgeben – enthalten im Inneren kleinere Vesikel, die von einer einzigen Membran umgeben sind. Entsteht durch einen Prozess, der an Mikroautophagie erinnert (siehe unten), enthält aber von außen gewonnenes Material. In kleinen Vesikeln verbleiben normalerweise Rezeptoren der äußeren Membran (z. B. Rezeptoren des epidermalen Wachstumsfaktors) und werden dann abgebaut. Das Bildungsstadium entspricht frühen Endosomen. Die Bildung multivesikulärer Körper, die von zwei Membranen umgeben sind, durch Sprossung aus der Kernhülle wurde beschrieben.
7. Restkörper (Telolysosomen) sind Vesikel, die unverdautes Material (insbesondere Lipofuszin) enthalten. In normalen Zellen verschmelzen sie mit der Außenmembran und verlassen die Zelle durch Exozytose. Sie häufen sich mit zunehmendem Alter oder einer Pathologie.

Frage 38. Beschreiben Sie den Weg eines sekretorischen Proteins vom Ort der Proteinsynthese bis zum Austritt aus der Zelle.

In Zellen, die als Reaktion auf ein extrazelluläres Signal sezernieren, werden sekretierte Proteine ​​konzentriert und in sekretorischen Vesikeln (aufgrund ihres dunklen Kerns oft sekretorische Granula genannt) gespeichert. Wenn das entsprechende Signal empfangen wird, werden sie durch Exozytose freigesetzt. Aus dem Trans-Golgi-Netzwerk entstehen sekretorische Vesikel. Es wird angenommen, dass für ihre Bildung Clathrin und damit verbundene Proteine ​​erforderlich sind, die eine „Grenze“ bilden, da ein Teil der Oberfläche der sich bildenden Vesikel normalerweise mit Clathrin beschichtet ist. Dieser Rand wird kurz nach der vollständigen Bildung der Blase entfernt (Abb. 8-76).

Wie lysosomale Hydrolasen müssen Proteine, die für sekretorische Vesikel bestimmt sind (oft auch sekretorische Proteine ​​genannt), ausgewählt und in geeignete Vesikel im Trans-Golgi-Netzwerk verpackt werden. Offenbar kommt es in diesem Fall zu einer selektiven Aggregation sekretorischer Proteine. Die resultierenden Aggregate erscheinen im Elektronenmikroskop als elektronendichtes Material im Trans-Golgi-Netzwerk. Das „Sortiersignal“, das das Protein zu solchen Aggregaten leitet, ist unbekannt, es scheint jedoch eine Signalregion zu sein, die vielen sekretorischen Proteinen gemeinsam ist. Diese Schlussfolgerung wird durch die folgenden Daten bestätigt: Wenn das für ein sekretorisches Protein kodierende Gen auf eine sekretorische Zelle eines anderen Typs übertragen wird, die dieses Protein normalerweise nicht synthetisiert, wird das fremde Protein ebenfalls in sekretorische Vesikel verpackt.

Es ist nicht bekannt, wie Aggregate, die sekretorische Proteine ​​enthalten, während der Bildung sekretorischer Vesikel ausgewählt werden. Sekretionsvesikel verfügen über einzigartige Membranproteine, von denen einige als Rezeptoren (im Trans-Golgi-Netzwerk) für die Bindung von zu verpackendem aggregiertem Material dienen können. Sekretionsvesikel sind größer als die Transportvesikel, die lysosomale Hydrolasen transportieren, und die darin enthaltenen Aggregate sind zu groß, als dass jedes Molekül des sekretierten Proteins den Rezeptor in der Vesikelmembran kontaktieren könnte, wie es beim Transport lysosomaler Enzyme der Fall ist. Das Einfangen dieser Aggregate durch sekretorische Granula erinnert eher an die Partikelaufnahme während der Phagozytose an der Zelloberfläche, an der auch mit Clathrin beschichtete Membranen beteiligt sind.

Nachdem unreife sekretorische Vesikel aus dem Trans-Golgi-Netzwerk hervorgegangen sind, verlieren sie ihre Grenze und ihr Inhalt wird stark konzentriert. Diese Kondensation erfolgt abrupt und wird möglicherweise durch die Ansäuerung des Mediums im Hohlraum des Vesikels aufgrund der Funktion einer ATP-abhängigen Protonenpumpe in seiner Membran verursacht. Die Aggregation sezernierter Proteine ​​(oder anderer Komponenten) und deren anschließende Kondensation in sekretorischen Vesikeln führt zu einer 200-fachen Erhöhung der Konzentration dieser Proteine ​​im Vergleich zum Golgi-Apparat. Dadurch haben sekretorische Vesikel die Fähigkeit, auf Befehl große Mengen an Material freizusetzen.

Frage Nr. 39. Beschreiben Sie den Weg der Hydrolasen vom Ort ihrer Synthese bis zu ihrem Bestimmungsort.

HYDROLASEN, eine Klasse von Enzymen, die die Hydrolyse katalysieren. Sie können auf Ester- und glykosidische Bindungen sowie auf CO-Bindungen in Ethern einwirken. C-S in Sulfiden, C-N in Petiden usw.

Hydrolasen, die die Hydrolyse von Esterbindungen (Esterasen) katalysieren, wirken auf Ester von Carbon- und Thiocarbonsäuren, Monoester von Phosphorsäure usw. Zu dieser Unterklasse gehören insbesondere Enzyme, die eine wichtige Rolle im Fettstoffwechsel spielen. Nukleinsäuren und Nukleoside. zum Beispiel Arylsulfatasen , Acetylcholinesterase , Desoxyribonukleasen . Lipasen , Phosphatasen , Phospho Lipasen und Endodeoxyribonukleasen

Die größte Gruppe bilden Enzyme, die die Hydrolyse der C-N-Bindung in Peptiden und Proteinen katalysieren (Peptidhydrolasen). Hydrolasen Dazu gehören Enzyme, die eine oder zwei Aminosäuren vom N- oder C-Terminus einer Polypeptidkette abspalten (z. B. Aminopeptidasen). , Carboxypeptidasen ), sowie Endopeptidasen oder Proteinasen, die die Kette von den terminalen Resten abspalten. Peptidhydrolasen spielen nicht nur beim Abbau von Proteinen und Peptiden eine wichtige Rolle, sondern auch in der Biol. Regulierung (Hormonregulation, Aktivierung von Proenzymen, Regulierung des Blutdrucks und des Salzstoffwechsels usw.).

Frage 40. Beschreiben Sie den Weg eines Makromoleküls vom Eintritt in die Zelle bis zur Assimilation.

Ich weiß

Frage 41. Die Rolle von AG und ER bei der Regeneration und Erneuerung des Zelloberflächenapparats (SCA)

Die Rolle der AG bei der Aktualisierung des PAK:

Golgi-Apparat. In vielen tierischen Zellen, beispielsweise Nervenzellen, liegt es in Form eines komplexen Netzwerks vor, das sich um den Zellkern herum befindet. In den Zellen von Pflanzen und Protozoen wird der Golgi-Apparat durch einzelne sichel- oder stäbchenförmige Körper dargestellt. Die Struktur dieser Organelle ist trotz der Vielfalt ihrer Form in den Zellen pflanzlicher und tierischer Organismen ähnlich.
Der Golgi-Apparat umfasst: durch Membranen begrenzte und in Gruppen (5-10) angeordnete Hohlräume; große und kleine Blasen an den Enden der Hohlräume. Alle diese Elemente bilden einen einzigen Komplex.
Der Golgi-Apparat erfüllt viele wichtige Funktionen. Die Produkte der synthetischen Aktivität der Zelle – Proteine, Kohlenhydrate und Fette – werden über die Kanäle des endoplasmatischen Retikulums zu ihr transportiert. Alle diese Stoffe reichern sich zunächst an und gelangen dann in Form großer und kleiner Bläschen in das Zytoplasma und werden entweder während ihres Lebens in der Zelle selbst verbraucht oder aus ihr entfernt und im Körper verwendet. Beispielsweise werden in den Zellen der Bauchspeicheldrüse von Säugetieren Verdauungsenzyme synthetisiert, die sich in den Hohlräumen der Organelle ansammeln. Es bilden sich dann mit Enzymen gefüllte Blasen. Sie werden von den Zellen in den Pankreasgang ausgeschieden und fließen von dort in die Darmhöhle. Eine weitere wichtige Funktion dieser Organelle besteht darin, dass auf ihren Membranen die Synthese von Fetten und Kohlenhydraten (Polysacchariden) stattfindet, die in der Zelle verwendet werden und Teil der Membranen sind. Dank der Aktivität des Golgi-Apparats kommt es zu einer Erneuerung und einem Wachstum der Plasmamembran.

(siehe unten über AG und ER, 2 weitere Quellen).

Die Rolle der Notaufnahme bei der Aktualisierung des PAC:

Endoplasmatisches Retikulum(endoplasmatisches Retikulum) ist ein System aus Zisternen, Tubuli und Vakuolen, das von einer Zytomembran begrenzt wird. Es gibt körniges (raues) und agranuläres (glattes) endoplasmatisches Retikulum; im ersten überwiegen flache Säcke – Zisternen – im zweiten – Tubuli. Die Membranen des rauen Retikulums auf der Hyaloplasmaseite sind mit Ribosomen bedeckt. Der Entwicklungsgrad dieser Organelle hängt vom Grad der Stoffwechselaktivität und der Zelldifferenzierung ab: Sie ist in Zellen, die aktiv Proteine ​​synthetisieren, stärker entwickelt.

(eine andere Quelle).

ER – Proteintransport.

Die ER-Höhle ist durch eine einzelne Membran vom Zytosol getrennt ( ER-Membran ), dient als Verbindung zwischen diesen beiden Abteilungen. Im Gegenteil, die Hohlräume des ER und jedes Tanks des Golgi-Apparats sind durch zwei Membranen und das Zytosol voneinander getrennt, sodass der Transport von Makromolekülen zwischen diesen Organellen über Transportvesikel erfolgt.

Alle neu synthetisierten Proteine, unabhängig von ihrem Ziel (ER-Höhle, Golgi-Apparat, Lysosomen oder extrazellulärer Raum), gelangen zunächst in die ER-Höhle.

Einige Proteine ​​​​wandern unmittelbar nach ihrer Synthese vom Zytosol in das raue ER.

Dies sind zwei Arten von Proteinen:

1) Transmembran, die nur teilweise durch die ER-Membran übertragen werden und darin eingeschlossen bleiben, und

2) wasserlöslich, die vollständig durch die ER-Membran transportiert und in deren Hohlraum freigesetzt werden.

In Säugetierzellen beginnt der Proteinimport in das ER bereits vor der vollständigen Synthese der Polypeptidkette, d. h. er erfolgt gleichzeitig mit der Translation (kotranslational).

Somit gibt es im Zytoplasma zwei räumlich isolierte Ribosomenpopulationen. Einige von ihnen (membrangebundene Ribosomen) befinden sich auf der dem Zytoplasma zugewandten Oberfläche der ER-Membran und sind an der Synthese von Proteinen beteiligt, die sofort in das ER übertragen werden. Andere (freie Ribosomen) sind an keiner Membran befestigt und produzieren alle anderen vom Zellkern kodierten Proteine. Gebundene und freie Ribosomen sind in Struktur und Funktion identisch. Sie unterscheiden sich nur durch die Proteine, die zu einem bestimmten Zeitpunkt auf ihnen synthetisiert werden. Gelingt es dem Ribosom, ein Protein mit einem Signalpeptid für das ER zu synthetisieren, dann leitet ein solches Signal das Ribosom zur ER-Membran.

(eine andere Quelle).

Wir haben bereits betont, wie umfangreich die Strukturen des endoplasmatischen Retikulums und Golgi-Apparat in sekretorischen Zellen. Diese Strukturen basieren auf Membranen aus Lipiddoppelschichten, die im Aufbau der Zellmembran ähneln. Die Membranwände enthalten Enzyme, die die Synthese vieler für die Zelle notwendiger Substanzen katalysieren.

Die meisten synthetischen Prozesse finden statt im endoplasmatischen Retikulum. Die hier gebildeten Stoffe werden zum Golgi-Apparat geleitet, wo sie einer weiteren Verarbeitung unterzogen werden, bevor sie in das Zytoplasma gelangen. Zunächst sollten wir uns mit den Substanzen befassen, die in bestimmten Bereichen des Retikulums und des Golgi-Apparats synthetisiert werden.

Proteinsynthese am rauen endoplasmatischen Retikulum. Die äußere Oberfläche des rauen endoplasmatischen Retikulums enthält eine große Anzahl daran befestigter Ribosomen; Auf ihnen findet die Proteinsynthese statt, von der ein kleiner Teil in das Zytosol und der Hauptteil in das Lumen der Tubuli und Vesikel des Retikulums gelangt, d.h. in die endoplasmatische Matrix.

Lipidsynthese im glatten endoplasmatischen Retikulum. Das endoplasmatische Retikulum ist in der Lage, Lipide, insbesondere Phospholipide und Cholesterin, zu synthetisieren. Sie lösen sich schnell in der Membrandoppelschicht auf, was das weitere Wachstum meist glatter Retikulumstrukturen fördert.

Klein Blasen, Transport oder ER-Vakuolium genannt, werden ständig von den Membranen des glatten Retikulums getrennt und verhindern so dessen übermäßiges Wachstum. Die meisten dieser Transportvakuolen werden dann schnell zum Golgi-Apparat transportiert.

Weitere Funktionen des endoplasmatischen Retikulums. Das endoplasmatische Retikulum, insbesondere das glatte, hat weitere wichtige Funktionen.
1. Bereitstellung von Enzymen, die Glykogen bei Bedarf abbauen, um daraus Energie zu gewinnen.
2. Bereitstellung einer großen Anzahl von Enzymen, die zellschädliche Stoffe, wie zum Beispiel Medikamente, neutralisieren können. Zu den Dekontaminationsmethoden gehören Koagulation, Oxidation, Hydrolyse, Kombination mit Glucuronsäure und dergleichen.

Laborpraktische Lektion Nr. 9

Thema: „Golgi-Apparat (komplex)“

Zweck der Lektion : Identifizieren Sie die morphofunktionellen Merkmale des Golgi-Komplexes.

Themen zur Diskussion

1 . Feinstruktur des Golgi-Apparats.

Demonstrationsvorbereitungen

Ausrüstung

1. Fotos, Diagramme, Zeichnungen vonAtlas zur Zellbiologie, J.-C. Roland, A. Seloshi, D. Seloshi, trans.V.P. Bely, Hrsg. Yu.S. Chentsova. ─ M.: Mir. 1978. ─ 119 S.

Theoretischer Hintergrund um sich auf den Unterricht vorzubereiten

Der Golgi-Apparat (Komplex) ist eine Membranstruktur einer eukaryotischen Zelle, ein Organell, das in erster Linie für die Entfernung von Substanzen bestimmt ist, die im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert werden. Der Golgi-Apparat wurde nach dem italienischen Wissenschaftler Camillo Golgi benannt, der ihn 1897 erstmals entdeckte (Fabene P.F., Bentivoglio M., 1998).

Reis. 1. Schema des Golgi-Apparats (A). Struktur des Golgi-Apparats (B)

Notiz: Golgi-Apparat ─ von Membranen umgebene Hohlräume (Zisternen) und ein damit verbundenes Vesikelsystem. Funktionen ─ Anreicherung organischer Substanzen; „Verpackung“ organischer Stoffe; Entfernung organischer Substanzen; Bildung von Lysosomen.

Gerät(komplex) Golgi ist ein Stapel scheibenförmiger Membransäcke (Zisternen), die sich zu den Rändern hin etwas erweitern, und ein damit verbundenes System von Golgi-Vesikeln. In Pflanzenzellen findet man eine Reihe einzelner Stapel ( Dictyosomen), tierische Zellen enthalten oft einen großen oder mehrere Stapel, die durch Röhren verbunden sind.

Im Golgi-Komplex gibt es drei Abschnitte von Zisternen, die von Membranvesikeln umgeben sind:

1. Cis-Abschnitt (am nächsten zum Kern).

2. Medizinische Abteilung.

3. Trans-Abteilung (am weitesten vom Kern entfernt).

Diese Abschnitte unterscheiden sich im Satz der Enzyme voneinander. Im cis-Kompartiment wird der erste Tank als „Rettungstank“ bezeichnet, da mit seiner Hilfe die Rezeptoren aus dem intermediären endoplasmatischen Retikulum zurückgeführt werden. Enzym der cis-Abteilung: Phosphoglycosidase (fügt dem Kohlenhydrat ─ Mannose Phosphat hinzu).

Im medialen Abschnitt befinden sich zwei Enzyme: Mannazidase (spaltet Mannase ab) und N-Acetylglucosamintransferase (fügt bestimmte Kohlenhydrate hinzu – Glykosamine).

Im Trans-Abschnitt befinden sich Enzyme: Peptidase (führt die Proteolyse durch) und Transferase (führt die Übertragung chemischer Gruppen durch).

Feinstruktur des Golgi-Apparats (AG). Ein Elektronenmikroskop zeigt, dass der Golgi-Apparat durch Membranstrukturen dargestellt wird, die in einer kleinen Zone zusammengefasst sind (Abb. 1, 2); Flache Membranbeutel (Tanks) werden in einem Stapel angeordnet; die Anzahl solcher Beutel in einem Stapel überschreitet normalerweise 5-10 nicht. Dazwischen befinden sich dünne Hyaloplasmaschichten. Jeder einzelne Tank hat einen Durchmesser von etwa 1 μm und eine variable Dicke; In der Mitte können die Membranen eng beieinander liegen (25 nm) und an der Peripherie können sie Erweiterungen aufweisen – Ampullen, deren Breite nicht konstant ist.

Reis. 2. Schema des Aufbaus eines Dictyosoms(nach Chentsov Yu.S., 2010)

Notiz : P─ proximaler (cis-) Teil; D─ distaler (trans-) Teil; IN─ Vakuolen; C─ flache Membrantanks; A─ ampulläre Erweiterungen von Tanks.

Bei einigen einzelligen Organismen kann ihre Zahl bis zu 20 erreichen. Neben dicht angeordneten flachen Zisternen werden in der AG-Zone viele Vakuolen beobachtet. Kleine Vakuolen kommen vor allem in den Randgebieten der AG-Zone vor; manchmal kann man sehen, wie sie aus den Ampullenverlängerungen an den Rändern der flachen Spülkästen geschnürt werden. Es ist üblich, in der Dictyosomenzone den proximalen oder sich entwickelnden Cis-Abschnitt und den distalen oder reifen Trans-Abschnitt zu unterscheiden (Abb. 15.5). Dazwischen liegt der Mittel- bzw. Zwischenabschnitt der AG. Während der Zellteilung retikulierte Formen der AG zerfallen in Dictyosomen die passiv sind

und sind zufällig auf die Tochterzellen verteilt. Wenn Zellen wachsen, erhöht sich die Gesamtzahl der Dictyosomen.

Reis. 3. Arten von Golgi-Apparaten(nach Chentsov Yu.S., 2010)

Notiz : A ─ retikulär in Darmepithelzellen;B─ diffus in den Zellen des Spinalganglions;ICH─ Kern;2 ─ AG;3 ─ Nukleolus.

AG ist in sezernierenden Zellen normalerweise polarisiert: Sein proximaler Teil ist dem Zytoplasma und dem Zellkern zugewandt, der distale Teil ─ zur Zelloberfläche. Im proximalen Bereich grenzen die Stapel eng beieinander liegender Zisternen an eine Zone kleiner glatter Bläschen und kurzer Membranzisternen.

Reis. 4. Golgi-Apparat (AG) in elektronischer Mikroskop(nach Chentsov Yu.S., 2010)

Reis. 5. Schematische Darstellung der Komponenten des Golgi-Apparats(nach Chentsov Yu.S., 2010)

Notiz : 1 ─ EPR-AG (ERGISCH) ─ Zwischenzone;2 ─ cis-Zone, proximaler Bereich; 3─ medial─ Mittelteil; 4─ transdistaler Bereich; 5─ AG-Transnetz.

Im Mittelteil Dictyosomen Die Peripherie jedes Tanks wird außerdem von einer Masse kleiner Vakuolen mit einem Durchmesser von etwa 50 nm begleitet.

Im distalen oder transversalen Abschnitt von Dictyosomen grenzt die letzte flache Membranzisterne an einen Abschnitt, der aus röhrenförmigen Elementen und einer Masse kleiner Vakuolen besteht, die häufig eine fibrilläre Behaarung entlang der Oberfläche auf der Seite des Zytoplasmas aufweisen – diese sind behaart oder gesäumt Bläschen vom gleichen Typ wie die umrandeten Bläschen bei der Pinozytose (von altgriechisch πίνω ─ trinken, absorbieren und κύτος ─ Behälter, Zelle ─ Einfangen von Flüssigkeit mit den darin enthaltenen Substanzen durch die Zelloberfläche; der Prozess der Absorption und intrazellulären Zerstörung von Makromolekülen ).

Dabei handelt es sich um das sogenannte Trans-Golgi-Netzwerk (TGN), in dem die Trennung und Sortierung der abgesonderten Produkte erfolgt. Noch weiter distal befindet sich eine Gruppe größerer Vakuolen – dies ist das Produkt der Verschmelzung kleiner Vakuolen und der Bildung sekretorischer Vakuolen.

Bei der Untersuchung dicker Zellschnitte mit einem Megavolt-Elektronenmikroskop wurde festgestellt, dass in Zellen einzelne Diktosomen durch ein System aus Vakuolen und Zisternen miteinander verbunden sein können. So entsteht ein lockeres dreidimensionales Netzwerk, das im Lichtmikroskop sichtbar ist. Bei der diffusen Form der AG wird jeder einzelne Abschnitt durch ein Dictyosom repräsentiert. In tierischen Zellen sind Zentriolen häufig mit der Membranzone des Golgi-Apparats verbunden; Zwischen den radial von ihnen ausgehenden Mikrotubulibündeln liegen Gruppen von Membran- und Vakuolenstapeln, die das Zellzentrum konzentrisch umgeben. Dieser Zusammenhang spiegelt wahrscheinlich die Beteiligung von Mikrotubuli an der Vakuolenbewegung wider.

Funktionen Golgi-Apparat Im Golgi-Apparat werden neben Proteinen auch Membranlipide transportiert.

1. Trennung der Proteine ​​in 3 Ströme:

● Cis-Abschnitt (am nächsten zum Kern); lysosomale ─ glykosylierte Proteine ​​(mit Mannose) gelangen in das cis-Kompartiment des Golgi-Komplexes, einige von ihnen werden phosphoryliert und es entsteht ein Marker für lysosomale Enzyme ─ Mannose-6-phosphat. In Zukunft werden diese phosphorylierten Proteine ​​nicht verändert, sondern in die Lysosomen gelangen.

● Medizinische Abteilung; konstitutive Exozytose (konstitutive Sekretion). Dieser Fluss umfasst Proteine ​​und Lipide, die zu Bestandteilen des Zelloberflächenapparats, einschließlich der Glykokalyx, werden, oder sie können Teil der extrazellulären Matrix sein.

● Trans-Abteilung (am weitesten vom Kern entfernt); induzierbare Sekretion – Proteine, die außerhalb der Zelle, im Oberflächenapparat der Zelle und in der inneren Umgebung des Körpers funktionieren, gelangen hierher. Charakteristisch für sekretorische Zellen.

2. Bildung von Schleimsekret (sekretorische Funktion des Golgi-Apparats) ─ Glykosaminoglykane(Mucopolysaccharide).

● Membranelemente AG Beteiligen Sie sich an der Trennung und Ansammlung von im ER synthetisierten Produkten, beteiligen Sie sich an deren chemischen Umlagerungen und Reifung (Umlagerung von Oligosaccharidkomponenten von Glykoproteinen als Teil wasserlöslicher Sekrete oder als Teil von Membranen) (Abb. 6).

● In AG-Panzern Polysaccharide werden synthetisiert und interagieren mit Proteinen, was zur Bildung von Mukoproteinen führt.

●Die Hauptsache ist, dass mit Hilfe von Elementen des Golgi-Apparats der Prozess der Entfernung fertiger Sekrete außerhalb der Zelle stattfindet. Darüber hinaus ist AG eine Quelle zellulärer Lysosomen.

●Die Beteiligung von AG an den Prozessen der Ausscheidung sekretorischer Produkte wurde am Beispiel exokriner Pankreaszellen sehr gut untersucht. Diese Zellen zeichnen sich durch das Vorhandensein einer großen Anzahl sekretorischer Granula aus ( Zymogen-Granulat), bei denen es sich um mit Proteinen gefüllte Membranvesikel handelt. Zu den Proteinen der Zymogen-Granula gehören verschiedene Enzyme: Proteasen, Lipasen, Kohlenhydrate, Nukleasen.

Bei der Sekretion wird der Inhalt dieser Zymogenkörnchen aus den Zellen in das Lumen der Drüse freigesetzt und fließt dann in die Darmhöhle. Da das Hauptprodukt, das von Pankreaszellen ausgeschieden wird, Protein ist, wurde die Reihenfolge des Einbaus radioaktiver Aminosäuren in verschiedene Bereiche der Zelle untersucht (Abb. 7).

Reis. 6. Schema der Verbindung zwischen dem ER und dem Golgi-Apparat mit der Bildung und Freisetzung von Zymogen aus Pankreas-Azinuszellen (nach Chentsov Yu.S., 2010)

Notiz : 1 ─ Übergangszone zwischen EPR und AG; 2─ Zone der Reifung sekretorischer Körnchen;3 ─ Von AG abgetrennte Zymogenkörnchen; 4─ ihr Austritt (Exozytose) außerhalb der Zelle.

Reis. 7. Erkennungssequenz}