Гликосома

Гликосомы трипаносом

Гликосо́ма (англ. Glycosome) — органелла, окружённая мембраной и содержащая ферменты гликолиза. Термин был введён Скотом и Стиллом в 1968 году, когда они показали, что гликоген, содержащийся в клетке, есть не статичная, а динамичная молекула^[1]. Гликосома имеется у нескольких видов протистов, а именно у ряда представителей класса кинетопластид (Kinetoplastea), среди которых есть возбудители таких болезней человека, как сонная болезнь, болезнь Шагаса и лейшманиоз. Органелла окружена одной мембраной и содержит плотный белковый матрикс. Считается, что она произошла от пероксисомы^[2]. Эта точка зрения была подтверждена работами по генетике лейшманий (Leishmania)^[3]. В настоящее время разрабатываются лекарства, действующие на функционирование гликосом.

Термином «гликосома» также обозначают гликогенсодержащие структуры, найденные в гепатоцитах и необходимые для запасания сахара, однако эти структуры не окружены мембраной^[4].

Структура гликосом в гепатоцитах

Гликосомы состоят из гликогена и белков. Белки в основном представлены ферментами, участвующими в метаболизме гликогена. Эти ферменты и гликоген образуют комплекс, составляющий отдельную органеллу^[1]. Белки гликосом синтезируются свободными цитоплазматическими рибосомами. Они содержат особую сигнальную аминокислотную последовательность, направляющую их в гликосомы^[5]. Гликосомы, как правило, имеют округлую или овальную форму, а их размер варьирует от клетки к клетке. Гликоген, содержащийся в гликосомах, идентичен тому гликогену, который свободно располагается в цитоплазме^[6]. Гликосомы могут быть ассоциированы с разнообразными органеллами и даже прикреплёнными к ним. Так, было обнаружено, что они могут быть прикреплены к миофибриллам, митохондриям, шероховатому эндоплазматическому ретикулуму (ЭПР), полирибосомам и аппарату Гольджи. Функциональные различия между гликосомами могут быть определены органеллами, к которым они прикреплены; например, гликосомы, связанные с миофибриллами, косвенно снабжают миозин энергией. Гликосомы, прикреплённые к ЭПР, могут использовать содержащуюся в нём гликогенсинтазу^[англ.], фосфатазы и фосфорилазы^{[англ.][1]}. В гликосомах присутствует гликогенин^[англ.] — белок, с которого начинается синтез гликогена, а также ферменты биосинтеза гликогена^[1].

Функции гликосом протистов

Гликосомы участвуют во многих метаболических процессах клетки. Основная функция гликосом — осуществление гликолиза. В гликосоме находятся все ключевые ферменты гликолиза, однако гликолиз не протекает полностью в цитоплазме. Собственно получение ATP внутри гликосом не происходит, это происходит вне гликосомы в цитоплазме. В гликосомах глюкоза превращается в 3-фосфоглицерат, при этом NAD⁺ восстанавливается внутри гликосомы. Другой важный процесс, протекающий в гликосомах, — «спасение» пуриновых нуклеотидов^[англ.] (англ. purine salvage), в ходе которого нуклеотиды снова образуются из промежуточных соединений своих путей деградации. Этот процесс имеет важное значение, так как клетки паразитических простейших, содержащих гликосомы, неспособны к синтезу нуклеотидов de novo^[англ.]. У других организмов ферменты «спасения» нуклеотидов находятся в цитоплазме. Гликосомы содержат такие ферменты метаболизма нуклеотидов, как гуанин- и аденинфосфорибозилтрансфераза, гипоксантин:гуанин-фосфорибозилтрансфераза и ксантинфосфорибозилтрансфераза. Все эти ферменты содержат на С-конце сигнальную последовательность, направляющую их в глиоксисомы. В гликосомах также протекает синтез эфирных липидов^[англ.] (англ. Ether lipids) и β-окисление жирных кислот^[2][5].

Типы гликосом в гепатоцитах

Существует два типа гликосом: лиогликосомы и десмогликосомы (англ. lyoglycosomes and desmoglycosomes). Они различаются по тому, с какими органеллами они связаны, а также по количеству в клетке. Показано, что в здоровых клетках больше лиогликосом, а в клетках, находящихся в состоянии стресса, — десмогликосом. Лиогликосомы — это гликосомы, располагающиеся в цитозоле свободно. Они менее электроноплотные, чем десмогликосомы, и нередко располагаются цепочками. Поскольку лиогликосомы располагаются свободно, их можно выделить с помощью кипящей воды. Десмогликосомы связаны с другими органеллами и структурами клетки. Как отмечалось выше, они могут быть связаны с такими органеллами, как миофибриллы, митохондрии и ЭПР. Десмогликосомы не образуют скоплений и не связаны друг с другом. Из-за большого количества белков десмогликосомы выглядят более электроноплотными, чем лиогликосомы. Из-за связи с другими органеллами десмолгликосомы не поддаются выделению с помощью кипящей воды^[1].

Происхождение гликосом протистов

Благодаря наличию пор в мембране гликосомы, препарат может попасть в гликосому и погубить Trypanosoma brucei

Гликосомы — это наиболее специализированная органелла среди органелл, произошедших от пероксисомы. Пероксисомы высших эукариот очень похожи на гликосомы, а также глиоксисомы, имеющиеся у некоторых растений и грибов. Гликосома похожа на них основными чертами строения, такими как наличие одной мембраны и плотный белковый матрикс. Показано, что некоторые метаболические процессы, происходящие в пероксисомах, имеют место и в гликосомах трипаносом. Кроме того, сигнальная последовательность импорта белков в гликосомы очень похожа на аналогичную последовательность белков пероксисом. Кроме того, последовательности белков гликосом и пероксисом похожи не только в области сигнальных последовательностей. В гликосомах были обнаружены белки, похожие на белки пластид, поэтому было высказано предположение, что когда-то произошёл горизонтальный перенос генов от фотосинтезирующего организма, и белки этих генов обнаруживаются в современных пероксисомах и гликосомах. Как и пероксисомы, собственного генома гликосомы не имеют^[2].

Клиническое значение гликосом протистов

В отличие от пероксисом, большинству трипаносом, имеющим гликосомы, они жизненно необходимы. Поэтому разрабатываются лекарства, подавляющие работу гликосом. Гликосомы не функционируют в отсутствие особо важных ферментов. Эти ферменты участвуют в синтезе эфирных липидов и β-окислении некоторых жирных кислот. В отсутствие гликосомы эти ферменты попадают в цитозоль, где разрушаются. Эфирные липиды необходимы паразитам для замыкания жизненного цикла^[2]. Гликосомный гликолиз нужен паразитам в стрессовых ситуациях, когда ATP нет, но соединения, подвергающиеся гликолизу, присутствуют. Поэтому препараты, влияющие на гликосомы, могли бы стать эффективным средством против паразитарных болезней^[7].

Примечания

1. Rybicka K. K. Glycosomes--the organelles of glycogen metabolism. (англ.) // Tissue & cell. — 1996. — Vol. 28, no. 3. — P. 253—265. — PMID 8701432. [исправить]
2. Parsons M. Glycosomes: parasites and the divergence of peroxisomal purpose. (англ.) // Molecular microbiology. — 2004. — Vol. 53, no. 3. — P. 717—724. — doi:10.1111/j.1365-2958.2004.04203.x. — PMID 15255886. [исправить]
3. Flaspohler J. A., Rickoll W. L., Beverley S. M., Parsons M. Functional identification of a Leishmania gene related to the peroxin 2 gene reveals common ancestry of glycosomes and peroxisomes. (англ.) // Molecular and cellular biology. — 1997. — Vol. 17, no. 3. — P. 1093—1101. — PMID 9032236. [исправить]
4. Elaine N., Jon Mallat P. B. W. Human Anatomy. — San Francisco: Benjamin Cummings (Pearson), 2008. — С. 697.
5. Parsons M., Furuya T., Pal S., Kessler P. Biogenesis and function of peroxisomes and glycosomes. (англ.) // Molecular and biochemical parasitology. — 2001. — Vol. 115, no. 1. — P. 19—28. — PMID 11377736. [исправить]
6. White J. G. Platelet glycosomes. (англ.) // Platelets. — 1999. — Vol. 10, no. 4. — P. 242—246. — doi:10.1080/09537109976095. — PMID 16801099. [исправить]
7. Galland N., de Walque S., Voncken F. G., Verlinde C. L., Michels P. A. An internal sequence targets Trypanosoma brucei triosephosphate isomerase to glycosomes. (англ.) // Molecular and biochemical parasitology. — 2010. — Vol. 171, no. 1. — P. 45—49. — doi:10.1016/j.molbiopara.2010.01.002. — PMID 20138091. [исправить]