• Целлюлоза полимеризуется с участием комплексов, входящих в структуру плазматической мембраны
• Эти комплексы движутся по поверхности плазматической мембраны
Мы убедились в том, что клеточная стенка обеспечивает функционирование растительных клеток и что структура ее компонентов играет важную роль в их росте. Как клетка строит свою стенку? Особенно важно знать, каким образом она собирает основные компоненты, целлюлозные микрофибриллы, обеспечивающие прочность стенки.
Вначале считали, что целлюлоза образуется в самой стенке, с тем чтобы обеспечить восстановление слоев, разрушенных в процессе роста клетки. Сейчас известно, что в действительности целлюлоза полимеризуется с участием мультиферментного целлюлозо-синтезирующего комплекса белков, который встроен в плазматическую мембрану. Место синтеза целлюлозы в мембранах клеток растений, образующих новую стенку, было обнаружено, когда при приготовлении образцов для электронной микроскопии стали использовать метод замораживания-скалывания.
Этот метод позволяет разделить два слоя мембраны, и при последующем исследовании одного из слоев в электронном микроскопе эти комплексы видны в виде частиц. Как показано на рисунке ниде, на плазматической мембране растительной клетки видно много очень крупных трансмембранных комплексов характерной формы, которые представляют собой шесть частиц, собранных в виде гексагона. По размеру, каждая из этих гексагональных «розеток» напоминает рибосому и содержит много копий молекул ферментов, синтезирующих целлюлозу.
На рисунке ниже показано вероятное расположение в розетке отдельных копий молекул этих ферментов. Активированные формы глюкозы поступают на цитоплазматическую сторону мембраны, где используются комплексом для одновременной полимеризации множества целлюлозных нитей. Полимерные продукты постоянно выходят с наружной стороны мембраны. По мере синтеза целлюлозы розеткой, комплекс движется в плоскости мембраны, и за ним тянется новосинтезированный полимер. Относительно механизма движения розеток существует предположение, которое заключается в том, что при выходе линейного полимера, который скрепляется с клеточной стенкой, развивается усилие, обеспечивающее движение розетки по поверхности текучей плазматической мембраны.
В каждой розетке содержатся ферменты синтеза целлюлозы в количествах, достаточных для выработки 30-50 полимерных цепей, составляющих микрофибриллу. Эти линейные цепи упаковываются в параллельные пучки, образующие линейную полукристаллическую структуру — целлюлозную микрофибриллу. Поскольку отдельные цепи целлюлозы в длину составляют 1-5 мкм, в то время как микрофибриллы могут быть гораздо длиннее, чем 100 мкм (достаточно для того, чтобы обернуться вокруг большинства клеток), то концы отдельных целлюлозных цепей должны сплетаться по длине микрофибриллы.
Использование мембраносвязанных ферментов для синтеза основного волокна внеклеточного матрикса растительной клетки представляет собой уникальное явление и резко отличается от секреции коллагена, основного волокнистого белка внеклеточного матрикса клеток животных (коллаген секретируется в виде предшественника и собирается на поверхности клеток). За исключением каллезы, которая также синтезируется непосредственно на плазматической мембране, но с участием других синтаз, образование целлюлозы принципиально отличается от синтеза остальных компонентов клеточной стенки. Остальные компоненты предварительно собираются в клетке и экспортируются в составе везикул аппарата Гольджи, высвобождаясь при последующем их слиянии с плазматической мембраной.
Фотография в электронном микроскопе препарата плазматической мембраны клетки растения,
приготовленного методом замораживания-скалывания.
Видны несколько гексагональных «розеток». На врезке представлена одна из розеток при большом увеличении.
Каждая зрелая розетка содержит 36 копий фермента синтазы целлюлозы.
Такая сборка структуры позволяет образующимся цепям целлюлозы объединяться в микрофибриллу.
За движущимся комплексом синтеза целлюлозы постоянно происходит сборка микрофибрилл.
Комплекс перемещается в плоскости мембраны.
Пространственная близость полимеров целлюлозы, выходящих из розетки, обеспечивает их сборку сразу же после синтеза.
