Биогенез мембран. 
Биогенез мембран

Биогенез мембран

Этот процесс начинается с синтеза белковых и липидных компонентов, которые затем должны быть доставлены к месту назначения. Принимая во внимание все разнообразие мембран, существующих в типичной эукариотической клетке, можно сделать вывод, что для осуществления этого процесса необходимы необычайно точные механизмы.

Биогенез мембраны начинается с процессов синтеза составляющих ее компонентов — белков, липидов, углеводов. Затем эти компоненты должны быть доставлены к месту назначения и там образовать нужные структуры.

Трудно говорит об образовании мембран de novo, поскольку существование клетки предполагает существование ее мембран.

Однако можно считать установленным, что процесс формирования клеточной мембраны идет непрерывно, путем введения в нее новых составных частей, обновления компонентов, прежде всего липидов, белков и т. п. В частности, полупериод жизни мембранных компонентов клеток печени, в течении которого обновляется половина их исходного содержания, составляем для белков микросом, ядерной мембраны и цитоплазматической мембраны 2—3 дня, белков внешней митохондриальной мембраны — 5—6 дней, внутренней митохондриальной мембраны — 8—10 дней, для липидов микросом 1—2 дня. Однако, несмотря на постоянное обновление все мембранные элементов, и структурная организация в течении жизни клетки сохраняется неизменной.

Биосинтез мембран, как правило, начинается в эндоплазматическом ретикулуме, где образуется большая часть фосфолипидов, холестерина; кроме того, здесь синтезируются и многие интегральные мембранные белки. Затем образовавшиеся мембранные компоненты перемещаются к месту назначения, например в плазматическую мембрану; в этом случае они проходят последовательно через аппарат Гольджи и цитоплазму, модифицируясь в соответствии со своими функциональными потребностями (гликозилирование, процессин и т. п.). Перемещение осуществляется путем диффузии в форме липидных везикул; подход к мембране, везикулы, часто нагруженные белками, встраиваются в тот или иной участок мембраны с помощью экзоцитоза. Другим словами, везикулярный транспорт мембранных компонентов функционирует в клетки постоянно и проходит с достаточно большими скоростями (рис. 318). При этом везикулы играют роль своеобразных «челночных» переносчиков, специализированных для каждого липида или белка.

Скорость обновления различных липидов в внутриклеточных мембранах неодинакова. Медленнее всего обновляется сфингомиелин (время, за которое обновляется половина исходных молекул, Ti/2 ~ 38 ч), несколько быстрее — фосфатидилсерин (fi/2 ~ 23 ч); скорость обновления фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина примерно одинаково (около 15 ч). К наиболее быстро обновляемым липидам относятся фосфатидилинозин и фосфатидовая кислота, обмен которых может проходить за несколько минут в условиях действия на мембране внешних стимулов. Таких значительных различия показывают, что фосфолипидные компоненты во время синтеза возникают в мембране неодновременно и, по-видимому «новая мембрана» не синтезируется целиком заново, а наращивается путем постепенного добавления различных липидных компонентов к уже существующей основе. Внутри клетки доставка вновь синтезированных липидов к месту сборки мембран осуществляется иногда помощью специальных цитозольных белков-переносчиков, открытых в 1969 г.

Что же касается мембранных белков, то их биосинтез и встраивание в мембране осуществляются в соответствии с механизмом, предложенным Г. Блобелом и Д. Сабатини (см. с. 245).

Перенос белка от места синтеза к месту сборки мембраны обычно сопровождается посттрансляционными изменениями его структуры. Многие мембранные белки, особенно предназначенные для плазматической мембраны эукариотических клеток, подвергаются гликозилированию.

N-Гликозилирование проходит через две основные стадии (рис. 319). Начальная стадия протекает в полости эндоплазматического ретикулума и представляет собой перенос маннозосодержащего олигосахаридного фрагмента от гликозилированного долихолфосфата к новообразованной полипептидной цепи.

После этого синтезированные белки транспортируются в аппарат Гольджи, где происходит удлинение углеводной цепи.

Аппарат Гольджи выполняет также такую важную функцию, как «сортировка» белков, углеводов, липидов и мукополисахаридов, предназначенных для различных внутриклеточных органелл.

Пройдя через слой мембран Гольджи, он собираются в мембранных везикулах, которые отделяются от цистерн и транспортируются к другим клеточным мембранам. Секреторные пузырьки направляются к плазматической мембране и сливаются с ней; при этом содержимое пузырьков изливается наружу (рис. 320). Таким образом, в клетке происходит постоянный перенос мембран от эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи и из аппарата Гольджи в плазматическую мембрану.

Безусловно, конкретный путь транспорта и комплектование тех или иных компонентов мембран требуют детального изучения. У митохондрий, например, часть мембранных структур (субъединиц белков и т. п.) синтезируется внутри митохондриального матрикса затем переносится к внутренней мембране, в то время как другая часть синтезируется в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме, вне митохондрии, и транспортируется к ней через всю цитоплазму. В настоящее время биосинтез ряда мембранных систем изучен достаточно хорошо (Г. Шат и др.).