Глікасома

Глікасома — акружаная мембранай арганела, якая змяшчае глікалітычныя ферменты. Тэрмін быў упершыню выкарыстаны Скотам і Стылам у 1968 годзе пасля таго, як яны зразумелі, што глікаген у цэлях не статычная, а хутчэй дынамічная малекула. Глікасомы знойдзены ў некалькіх відах пратыстаў, уключаючы прадстаўнікоў Кінетапластыд, з падатрадаў Trypanosomatida і Bodonina, сярод каторых ёсць патагенныя для чалавека трыпанасомы, якія могуць выклікаць сонную хваробу, хваробу Шагаса і лейшманіёз. Арганела абмежавана адзінай мембранай і змяшчае шчыльны бялковы матрыкс. Мяркуецца, што глікасома ўзнікла з пераксісомы. Гэта гіпотэза была пацверджана працай, праведзенай па генетыцы лейшманій.

У цяперашні час глікасома даследуецца як магчымая мішэнь для медыкаментознай тэрапіі.

Глікасомы з’яўляюцца ўнікальнымі арганеламі для кінетапластыд і роднасным ім дыпланемід. Тэрмін глікасома таксама выкарыстоўваецца для глікагензмяшчальных структур, знойдзеных у гепатацытах, адказных за захоўванне цукру, але гэта не звязаныя з мембранай арганелы.

Глікасомы трыпанасом

Структура

Глікасомы складаюцца з глікагену і бялкоў. Бялкі з’яўляюцца ферментамі, якія звязаны з метабалізмам глікагену. Гэтыя бялкі і глікаген утвараюць комплекс, які стварае выразную і асобную арганелу. Бялкі для глікасом імпартуюцца са свабодных цытазольных рыбасом. Бялкі, імпартаваныя ў арганелу, маюць спецыфічную канчатковую сігнальную паслядоўнасць PTS1, якая напраўляе паліпептыды ў глікасому. Яны падобныя на альфа-гранулы трамбацытаў у цытазолі цэлі, напоўненыя глікагенам. Глікасомы звычайна маюць кругла-авальную форму з рознымі памерамі ў кожнай цэлі. Хоць глікаген сустракаецца ў цытаплазме, у глікасоме ён ізаляваны мембранай. Мембрана прадстаўляе сабой ліпідны біслой. Глікаген, які змяшчаецца ў глікасоме, ідэнтычны глікагену, які свабодна знаходзіцца ў цытазолі. Глікасомы могуць быць звязаны або прымацаваны да розных тыпаў арганел. Устаноўлена, што яны прымацаваны да саркаплазматычнай сеткі і яе прамежкавых філаментаў. Устаноўлена, што іншыя глікасомы прымацоўваюцца да міяфібрыл і мітахондрый, шурпатай эндаплазматычнай сеткі, саркалеммы, палірыбасом або апарата Гольджы. Прымацаванне глікасомы можа даць функцыянальнае адрозненне паміж імі; глікасомы, прымацаваныя да міяфібрыл, працуюць на міязін, забяспечваючы энергетычныя субстраты для выпрацоўкі АТФ праз гліколіз. Глікасомы ў шурпатай і гладкай эндаплазматычнай сеткі выкарыстоўваюць яе глікагенсінтазу і фасфарылазу-фасфатазу.

Функцыя

Глікасомы функцыянуюць у многіх цэлявых працэсах. Гэтыя працэсы ўключаюць гліколіз, рэўтылізацыю пурынаў, бэта-акісленне тлустых кіслот і сінтэз эфірных ліпідаў.

Гліколіз

Асноўная функцыя, якую выконвае глікасома, — гэта глікалітычны шлях, які ажыццяўляецца ўнутры яе мембраны. Кампартменталізуючы гліколіз унутры глікасомы, цэля можа быць больш паспяховай. Рэакцыйная дзейнасць у цытазолі, мітахондрыях і глікасоме выконвае функцыю энергетычнага абмену. Гэты энергетычны метабалізм генеруе АТФ у працэсе гліколізу. Глікасома змяшчае асноўныя глікалітычныя ферменты на шляху гліколізу. Аднак увесь працэс гліколізу не адбываецца ў глікасоме. Дакладней, толькі сегмент Эмбдэна-Мейергофа, дзе глюкоза ўваходзіць у глікасому. Важна адзначыць, што ў арганелах не сінтэзуецца АТФ. Гэты АТФ паступае пазней з працэсаў па-за глікасомай. Унутры глікасомы неабходны NAD+ для функцыянавання і яе рэгенерацыі. Фруктоза 1,6-біфасфат выкарыстоўваецца ў глікасоме як спосаб дапамагчы атрымаць акісляльнікі, каб дапамагчы пачаць гліколіз. Глікасома ператварае цукар у 3-фосфагліцэрат.

Рэўтылізацыя пурынаў

Яшчэ адна функцыя глікасом — рэўтылізацыя пурынаў. Паразіты, у цэлях каторых ёсць глікасомы, не могуць выпрацоўваць пурын de novo. Гэты пурын, які ўтвараецца ў глікасоме, затым экспартуецца з глікасомы для выкарыстання ў цэлі ў выглядзе нуклеінавай кіслаты. У іншых цэлях адказныя за гэта ферменты знаходзяцца ў цытазолі. Гэтыя ферменты, знойдзеныя ў глікасоме, якія дапамагаюць у сінтэзе, — гэта гуанін і аденін фасфарыбазілтрансферазы, гіпаксанцін- і ксанцінфасфатрансферазы. Усе гэтыя ферменты маюць паслядоўнасць PTS1 у сваёй паслядоўнасці каля C-канца, таму яны накіроўваюцца ў глікасому.

Доказы

Мікраскапічныя сведчанні

Мікраскапічныя метады раскрылі многае аб глікасоме і сапраўды даказалі, што ў цэлях існуе мембранная арганела для глікагену і звязаных з ім працэсаў. У адкрыццях Пола Эрліха яшчэ ў 1883 годзе адзначалася, што з дапамогай мікраскопа ён мог сказаць, што глікаген у цэлі заўсёды знаходзіцца з тым, што ён назваў носьбітам, пазней вядомым як бялок. Сам глікаген таксама заўсёды быў заўважаны ў кірунку да ніжняга полюса цэлі ў адной групе ў фіксаваным стане. Калі навукоўцы паспрабавалі афарбаваць тое, што лічылася простымі малекуламі глікагену, афарбоўка мела розныя вынікі. Гэта звязана з тым, што яны не былі свабоднымі малекуламі глікагену, а на самой справе былі ў глікасоме. Арганелу даследавалі ў мікраскопе шляхам вывучэння глікасомы, афарбаванай уранілацэтатам. U/Pb, які быў заўважаны афарбаваным, быў бялком, які ўваходзіў у склад глікасомы. Глікаген у глікасоме ў цэлях звычайна звязаны з бялком, маса якога ў два-чатыры разы перавышае масу глікагену. Аднак сам глікаген пасля ачысткі змяшчае вельмі невялікую колькасць бялку, звычайна менш за тры працэнты, што сведчыць аб тым, што глікасома функцыянуе дзякуючы наяўнасці бялкоў і ферментаў, неабходных для глікагену ў глікасоме. Пры афарбоўванні ўранілам, які з’яўляецца кіслатой, гэта можа выклікаць дысацыяцыю бялку ад глікагену. Глікаген без бялку ўтвараў бы вялікія агрэгаты, а пляма была б бялком. Гэта стварае ілюзію знікнення глікагену, паколькі ён не афарбоўваецца, але аддзяляецца ад бялку, з якім ён звычайна звязаны ў глікасоме.

Біяхімічныя сведчанні

Біяхімічна было знойдзена мноства доказаў таго, што глікасомы прысутнічаюць у цэлях. У арганеле, якая лічыцца глікасомай, знаходзяцца шматлікія бялкі. Сюды ўваходзяць глікагенсінтаза, фасфарылаза і ферменты для разгалінавання і супраць разгалінавання глікагену. Усё гэта рэгулятарныя ферменты, неабходныя для сінтэзу глікагену. Для пачатку сінтэзу глікагену неабходны глікагенін, бялковы праймер, які змяшчаецца ў глікасомах. Глікагенсінтаза, як ужо згадвалася, дапамагае ў падаўжэнні глікагену, а выдаленню глюкозы з глікагену спрыяюць ферменты «дэгалінавання» і фасфарылаза. Усе гэтыя ферменты знаходзяцца ў глікасоме, паказваючы, што гэтая арганела ў камплекце з глікагенам таксама адказвае за захоўванне глікагену і аддзяляецца ад цытазолю.

Тыпы

Ёсць два тыпы глікасом, якія знаходзяцца ў цэлях, якія дэманструюць гэтыя спецыялізаваныя арганелы. Гэтыя дзве групы — ліаглікасомы і дэсмаглікасомы. Яны адрозніваюцца сваёй сувяззю з іншымі арганеламі ў цэлі, а таксама адноснай колькасцю. Даследаванні паказалі, што здаровыя цэлі маюць больш ліаглікасом, у той час як галодныя цэлі маюць больш дэсмаглікасом.

Ліаглікасомы

Ліаглікасомы — глікасомы, свабодныя ў цытазолі цэлі. Гэтыя тыпы глікасом падвяргаюцца ўздзеянню кіслаты. Яны, як правіла, маюць меншую электронную шчыльнасць, чым іншы тып глікасом. Ліяглікасомы таксама звычайна знаходзяцца ў ланцугах у цытазолі. Паколькі ліаглікасомы не звязаны з тканкай, можна атрымаць гэтыя глікасомы кіпнем.

Дэсмаглікасомы

Дэсмаглікасомы не знаходзяцца свабодна ў цытазолі, а знаходзяцца ў іншых арганелах або структурах клеткі. Гэтыя структуры звязаны з іншымі згаданымі арганеламі, такімі як міяфібрылы, мітахондрыі і эндаплазматычны рэтыкулум. Гэта тлумачыць, чаму дэсмаглікасомы знаходзяцца ў мышачных клетках. На гэтыя глікасомы кіслата не ўздзейнічае. Гэтыя глікасомы не ўтвараюць групы, а застаюцца асобнымі ў выглядзе адзінкавых арганел. З-за вялікай колькасці бялку, з якім звязана глікасома, звычайна назіраецца высокая электронная шчыльнасць. Дэсмаглікасомы немагчыма атрымаць з кіпячай вады, паколькі яны звязаны з тканкай праз злучэнне з бялком.

Пераксісомнае паходжанне

Глікасомы з’яўляюцца найбольш разнастайнымі з розных тыпаў арганел, якія паходзяць ад пераксісом, асабліва гэта відаць у трыпанасом. Пераксісомы вышэйшых эўкарыёт вельмі падобныя на глікасомы і гліаксісомы, якія сустракаюцца ў некаторых раслін і грыбоў. Глікасома мае аднолькавую структуру базавага ўзроўню з адной мембраны і вельмі шчыльнай бялковага матрыкса. Некаторыя даследаванні паказалі, што некаторыя з ферментаў і метабалічных шляхоў, якія знаходзяцца ў пераксісомах, таксама назіраюцца ў глікасомах некаторых відаў трыпанасом. Акрамя таго, сігнальныя паслядоўнасці на бялках, якія накіроўваюцца ў глікасому для бялковай матрыцы, падобныя па паслядоўнасці на тыя паслядоўнасці ў бялках, якія імпартуюцца ў пераксісому. Тое ж самае назіраецца ў фактычных паслядоўнасцях для бялкоў, якія ўваходзяць у матрыцы для гэтых дзвюх арганел, а не толькі ў сігнальных паслядоўнасцях. Пасля таго, як было выяўлена, што глікасомы валодаюць бялкамі, падобнымі на бялкі пластыд, была выказана здагадка, што даўным-даўно адбыўся гарызантальны перанос генаў ад арганізма, здольнага да фотасінтэзу, гены якога былі перанесены, каб у выніку ўтварыліся пераксісомы і глікасомы. Сама глікасома, як і пераксісома, не мае геному.

Патэнцыйная мішэнь для лекаў

Выкарыстоўваючы поры ў мембране глікасомы, лекі могуць патрапіць у арганелу і быць выкарыстанымі для знішчэння Trypanosoma brucei

У адрозненне ад пераксісом, для большасці трыпанасом іх глікасомы неабходныя для таго, каб яны маглі выжыць. З-за гэтай патрэбы ў глікасоме было прапанавана ў якасці магчымай мішэні для лекаў знайсці прэпарат, каб спыніць яе функцыю. Калі глікасома не функцыянуе належным чынам, у цэлі назіраецца моцны недахоп ферментаў. Гэтыя ферменты звязаны з сінтэзам эфірных ліпідаў або бэта-акісленнем некаторых тлустых кіслот. Цэлі без глікасом адчуваюць дэфіцыт гэтых ферментаў, паколькі без кампартменталізацыі ў глікасоме ферменты разбураюцца ў цытазолі. Арганела прадухіляе метабалізм ферментаў. Для паразітаў сінтэз эфірных ліпідаў мае жыццёва важнае значэнне для завяршэння жыццёвага цыкла, што робіць жыццёва важнымі ферменты, абароненыя глікасомай. У іх жыццёвым цыкле актыўнасць гліколізу, часткова праз глікасому, вельмі высокая ў крывацёку ў параўнанні з працыклічнай формай. Глікасомны шлях гліколізу неабходны ў стрэсавых сітуацыях для паразіта, паколькі гліколіз можна пачаць, калі даступныя субстраты для гэтага шляху, нават калі АТФ яшчэ не даступны. Такім чынам, паколькі гэтая арганела вельмі важная для трыпанасомы, калі лекі могуць быць накіраваныя на гэтую арганелу, гэта можа стаць паспяховай тэрапіяй, як паказалі даследаванні, без гібелі глікасомнага паразіта.