СУБКЛЕТОЧНАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ ЭТАПОВ БИОСИНТЕЗА
Исследование ультраструктуры клеток паренхимы коры надпочечников млекопитающих выявило три четкие особенности, свойственные этому органу и некоторым другим стероидпродуцирующим клеткам, таким, как интерстициальные клетки яичников и семенников (рис. 3—18) [39]. Этими особенностями являются: 1—присутствие широкой сети гладкого эндоплазматического ретикулума без прикрепленных к нему рибосом и практически отсутствие ШЭР; 2 — присутствие большого количества липидных капель; 3 — присутствие высокоспециализированных и характерных митохондрий, структурно отличающихся от митохондрий других клеток тем, что они содержат трубчатые, пальцевидные инвагинации в складках внутренней мембраны (кристах) (рис. 3—19) Эти ультраструктурные особенности соответствуют особенностям биосинтеза стероидных гормонов в клетках коры надпочечников. Ферментативные этапы биосинтеза стероидов в клетке локализуются внутри мембран гладкого эндоплазматического ретикулума и митохондрий. Липидные капли содержат холестерин — сырой материал для синтеза стероидов; внутри капель заключено 75% общего количества холестерина в клетке, 8% находится в гладком эндоплазматическом ретикулуме, а остальное—в митохондриях.
Рис. 3—19. Предполагаемое строение митохондрий клеток коры надпочечников. Рисунки выполнены на основе электронно-микроскопической картины поперечных срезов адренокортикальных клеток (см. рис. 3—186) (Malamed [39]).
Относительная скудность рибосом отражает тот факт, что ферменты, участвующие в отдельных реакциях биосинтеза гормонов, стабильны, не покидают клетку и обладают длительным периодом полужизни в клетке. Эта особенность клеток коры надпочечников резко отличает их от клеток, секретирующих белковые гормоны, и, например, от клеток мозгового слоя надпочечников, в котором ключевой фермент синтеза катехоламинов — b-гидроксилаза — секретируется из клетки. В клетках, богатых рибосомами и ШЭР, кругооборот белков происходит с высокой скоростью и соответственно требуется большая скорость синтеза белка, чтобы возместить потери его в результате секреции во внеклеточное пространство.
Исследования с фракционированием клеток и применением цитохимической идентификации отдельных процессов способствовали выяснению локализации ферментов биосинтеза в тех или иных субклеточных пространствах (см. рис. 3—17). Необходимо учитывать, однако, возможность получения артефактов в связи с неспецифической адсорбцией ферментов на субклеточных фракциях. Ионы ацетата полимеризуются в холестерин из ацетил-СоА в гладком эндоплазматическом ретикулуме. У животных некоторых видов определенные количества холестерина поступают в клетку и пз плазмы крови. Последующие реакции протекают в митохондриях, где холестерин превращается в прегненолон. Прегненолон покидает митохондрию и вновь проникает в гладкий эндоплазматический ретикулум, в котором образуется прогестерон и, следуя по глюкокортикоидному пути, далее гидроксилируется в 17-м и 21-м положениях, образуя 17-окси-дезоксикортикостерон (11-дезоксикортизол). Последний этап—11-гидроксилирование — происходит в митохондриях. Образование минералокортикоидов несколько отличается от образования глюкокортикоидов. Оба эти пути расходятся на стадиях после образования прогестерона. Альдостерон синтезируется за счет 21-гидроксилирования прогестерона в гладком эндоплазматическом ретикулуме, вслед за чем происходят 11-, 18-гидроксилирование и, наконец, превращение под действием 18-дегидрогеназы; все эти процессы протекают в митохондриях (см. рис. 3—17).
Тесное сопряжение ферментативных реакций, протекающих в митохондриях и гладком эндоплазматическом ретикулуме, подтверждается ультраструктурными наблюдениями, свидетельствующими о близком соседстве митохондрий, эндоплазматического ретикулума и липидных капель. Высокая складчатость и трубчатая структура митохондриальных и ретикулярных мембран создает большую поверхность, на которой могут разворачиваться ферментативные процессы.
Если схема, приведенная на рис. 3—17, верна, то внутриклеточная локализация стероидогенеза трижды перемещается из гладкого эндоплазматического ретикулума в митохондрии. Это предполагает перемещение субстратов или мембран органелл или тех и других вместе. Клеточные и молекулярные механизмы, направляющие эту серию внутриклеточных транслокаций, точно не известны.
Транспорт прегненолона из митохондрий в эндоплазматический ретикулум зависит не от связывания с белками цитозоля, а скорее от сильной ассоциации с какими-то молекулами в эндоплазматическом ретикулуме. Это обеспечивает в равновесных условиях высокую концентрацию прегненолона в эндоплазматическом ретикулуме по сравнению с его концентрацией в цитозоле. Такой перенос в эндоплазматический ретикулум поддерживает разницу концентраций между митохондриями и цитозолем, что, по-видимому, и обеспечивает постоянную диффузию из митохондрий.
Очертить морфологию пути секреции стероидных гормонов в клетках коры надпочечников не представляется возможным. Не удается точно идентифицировать дискретные секреторные гранулы или пузырьки. Одной из причин отсутствия сведений по этому вопросу является накопление лишь очень малого количества стероидных гормонов перед их выделением из железы. Морфологическое следствие такого отсутствия отложения гормонов заключается в том, что в клетках коры надпочечников присутствует, вероятно, очень мало органелл (гранул, пузырьков), в которых обычно хранятся внутриклеточные запасы веществ. Возможно, однако, что какая-то часть липидных капель, в избытке присутствующих в клетке, содержит стероидные гормоны, высвобождающиеся из клетки путем экзоцитоза.