Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Ядерні пори



План:


Введення

Обмін речовинами між ядром і цитоплазмою клітини здійснюється за допомогою ядерних пір - транспортних каналів, які пронизують двошарову ядерну оболонку. Перехід молекул з ядра в цитоплазму і в зворотному напрямку називається ядерно-цитоплазматичних транспортом.


1. Структура

Реконструкція ядерної пори.

Ядерні пори - це не просто перфорації, а складно влаштовані, багатофункціональні регульовані структури, організовані приблизно 30 білками - нуклеопорінамі. Білкова складова ядерної пори позначається терміном "комплекс ядерної пори" ( англ. nuclear pore complex, NPC ). Маса комплексу ядерної пори коливається в межах від ~ 44 Мда в клітинах дріжджів до ~ 125 МДА у хребетних.

За даними електронної мікроскопії, ядерні пори в поперечному перерізі мають форму "восьміспіцевого тележное колеса", тобто мають вісь симетрії восьмого порядку. Ці дані підтверджує той факт, що молекули нуклеопорінов присутні в складі ядерної пори в кількості, кратному восьми. Проникний для молекул канал розташовується в центрі структури. Комплекс ядерної пори заякорена на ядерної оболонці за допомогою трансмембранний частини, від якої до просвіту каналу звернені структури, що отримали назву спиць (англ., spokes), по аналогії зі спицями тележное колеса. Ця коровая частина пори, побудована з восьми доменів, з цитоплазматичної та ядерної сторін обмежена відповідно цитоплазматическим і ядерним кільцями (англ., rings; у нижчих еукаріот вони відсутні). До ядерного кільцю прикріплені білкові, спрямовані всередину ядра, тяжі (ядерні філаменти, англ., Filaments), до кінців яких кріпиться термінальне кільце (англ., terminal ring). Вся ця структура має назву ядерної кошика (англ., nuclear basket). До цитоплазматичної кільцю також прикріплені спрямовані в цитоплазму тяжі - цитоплазматичні філаменти. У центрі ядерної пори видно електрон-щільна частка, "втулка" або транспортер (англ., plug).

Фізичні розміри ядерної пори вищих еукаріот. Вид зверху і збоку.

2. Властивості ядерних пор

Кількість ядерних пір на одне ядро ​​може коливатися від 190 у дріжджів, 3000-5000 в клітинах людини до 50 млн в зрілих ооцитах шпорцевой жаби (Xenopus laevis). Цей показник може також варіювати в залежності від типу клітини, гормонального статусу та стадії клітинного циклу. Наприклад, в клітинах хребетних кількість ядерних пор подвоюється протягом S фази, одночасно з подвоєнням хромосом. При розбиранні ядерної оболонки під час мітозу ядерні пори хребетних розпадаються на Субкомплекси з масами близько мільйона дальтон. Показано, що розбирання комплексу ядерної пори ініціюється циклін B-залежною кінази, фосфорилювання нуклеопоріни. Після завершення клітинного ділення ядерні пори збираються de novo. Ядерні пори інтерфазних ядра переміщуються великими масивами, а не незалежно один від одного, причому ці переміщення відбуваються синхронно з переміщеннями ядерної ламіни. Це є доказом того, що ядерні пори механічно пов'язані між собою і формують єдину систему (англ., NPC network).


2.1. Нуклеопоріни

Нуклепоріни, білки, з яких побудовані ядерні пори, ділять на три підгрупи. До першої відносять трансмембранні білки, заякорюють комплекс в ядерної оболонці. Нуклепоріни другої групи містять характерний амінокислотний мотив - кілька разів повторені FG, FXFG або GLFG - послідовності (так звані FG-повтори, де F - фенілаланін, G - гліцин, L - лейцин, X - будь-яка амінокислота). Функція FG-повторів, мабуть, полягає в зв'язуванні транспортних факторів, необхідних для здійснення ядерно-цитоплазматичного транспорту. Білки третьої підгрупи не мають ні мембранних доменів, ні FG-повторів, найбільш консервативні серед усіх нуклеопорінов, їх роль, очевидно, полягає в забезпеченні зв'язування FG-містять нуклепорінов з трансмембранними. Нуклеопоріни також відрізняються за своєю мобільності в складі ядерної пори. Деякі білки пов'язані з конкретною часом протягом всього клітинного циклу, в той час як інші повністю оновлюються всього за кілька хвилин.


3. Ядерно-цитоплазматичний транспорт

Ядерно-цитоплазматичних транспортом називається матеріал обмін між Клітинне ядром і цитоплазмою клітини. Ядерно-цитоплазматичний транспорт можна розділити на дві категорії: активний транспорт, що вимагає витрат енергії, а також спеціальних білків- рецепторів, і пасивний транспорт, що протікає шляхом простої дифузії молекул через канал ядерної пори.


3.1. Пасивний транспорт

Молекули невеликих розмірів ( іони, метаболіти, мононуклеотиди і т. д.) здатні пасивно дифундувати в ядро. Провідність ядерних пір для молекул різних розмірів різна. Білки масою менше 15 кДа швидко проникають в ядро, в той час як для білка масою більше 30 кДа на це потрібен певний час. Білкові молекули масою більше 60-70 кДа, мабуть, взагалі не можуть пасивно проходити через ядерні пори. Втім, пропускна здатність ядерних пір для пасивної дифузії може змінюватися в залежності від типу клітини та стадії клітинного циклу.


3.2. Активний транспорт

Цикл Ran.
1. Транслокація Ran-ГТФ в цитоплазму в комплексі з транспортінамі. 2. Гідроліз ГТФ. Власна ГФАзная активність Ran активується цитоплазматическим білком RanGAP. 3. Ran-ГДФ реімпортіруется в ядро за участю білка NTF2. 4. ГДФ в активному центрі Ran замінюється на ГТФ під дією ядерного білка RCC1 (фактора обміну нуклеотидів).

Шляхом активного транспорту через ядерні пори можуть проходити набагато більші молекули й цілі надмолекулярних комплекси. Так, Рибосомна субчастіци розмірами до декількох мегадальтон транспортуються з ядра в цитоплазму через ядерні пори, і немає ніяких підстав припускати, що процес транспорту супроводжується частковим розбиранням цих субчастиц. Системи активного транспорту забезпечують весь макромолекулярний обмін між ядром і цитоплазмою. Молекули РНК, що синтезуються в ядрі, надходять через пори в цитоплазму, а в ядро ​​потрапляють білки, що беруть участь в ядерному метаболізмі. Причому одні білки повинні надходити в ядро ​​конститутивно (наприклад, гістони), а інші у відповідь на певні стимули (наприклад, транскрипційні фактори). У ядерних білків ідентифіковані спеціальні послідовності, що відповідають за їх локалізацію. Найпоширеніша з них, так званий "класичний" сигнал ядерної локалізації - NLS (від англ., N uclear L ocalization S ignal), являє собою один або дві ділянки позитивно заряджених амінокислот, аргініну і лізину. Транслокація білків в ядро, на відміну від транслокації в мітохондрії і ендоплазматичний ретикулум, не супроводжується відщепленням цієї сигнальної послідовності та розгортанням поліпептидного ланцюга. NLS-містять білки, як і всі інші субстрати систем ядерного транспорту, переносяться в ядро ​​в комплексі зі спеціальними білками - транспортінамі або каріоферінамі (англ., transportins, karyopherins). Кожен транспортін або комплекс транспортінов для здійснення своєї функції повинен володіти трьома активностями: по-перше, він повинен дізнаватися і пов'язувати транспортується субстрат, по-друге, заякорюють на ядерній порі, і по-третє, пов'язувати невеликий білок - GTPазу Ran, що відноситься до сімейства Ras-подібних ГТФаз і служить для сполучення транспорту з гідролізом ГТФ, що надає процесу незворотність (постачає його енергією). Власне акт гідролізу ГТФ здійснюється безпосередньо цим білком. Фактор обміну нуклеотидів (англ., G TPase Е xchange F actor, GEF) для Ran, хроматин-связивающй білок RCC1, локалізований строго в ядрі, а активатори ГТФазной активності (англ., G TPase A ctivation P rotein, GAP) RanGAP1 і деякі інші білки - строго в цитоплазмі. Ця асиметрична локалізація призводить до формування градієнта: в ядрі знаходиться переважно ГТФ-пов'язана форма Ran, в цитоплазмі, навпаки, ГДФ-пов'язана. Ran використовується для постачання енергією як процесів імпорту, так і процесів експорту різних субстратів, а вся схема носить назву Ran-циклу (англ., Ran-cycle). Ran-цикл постачає енергією і експорт, і імпорт, використовуючи загальний принциповий механізм, ключовими стадіями якого є гідроліз ГТФ в цитоплазмі і обмін ГДФ на ГТФ в ядрі.

Схема імпорту білків в ядро.
1. Освіта комплексу вантаж-рецептор (імпортін). 2. Заякоріванню комплексу на білках ядерної пори і власне транслокація. 3. Дисоціація комплексу вантаж-імпортін під впливом Ran-ГТФ, вивільнення вантажу, освіта комплексу Ran-ГТФ-імпортін. 4. Реекспорт утворився комплексу в цитоплазму. 5. Гідроліз ГТФ і дисоціація комплексу.

3.2.1. Механізм імпорту білків в ядро

Розглянемо механізм надходження субстратів в ядро ​​на прикладі імпорту NLS-містять білків. Першою стадією транспортування є впізнавання субстрату транспортінамі, в даному випадку комплексом імпортінов-α / β (транспортіни беруть участь в транспорті в ядро ​​називаються імпортінамі, а з ядра - експортінамі). Потім утворився комплекс заякорюють на білках ядерної пори з цитоплазматичної сторони і транслокується через канал в ядро, де з ним пов'язують Ran-ГТФ, що викликає дисоціацію комплексу і вивільнення вантажу. Після чого імпортіни в комплексі з Ran-ГТФ прямують назад в цитоплазму, де Ran під дією RanGAP1 гідролізує ГТФ (ГТФ => ГДФ + PO 4 3 -). Комплекс Ran-ГДФ-імпортіни α / β нестабільний і дисоціює. Ran-ГДФ надходить назад в ядро ​​за допомогою власного переносника, димерной білка NTF2. В ядрі під дією білка RanGEF, ГДФ в активному центрі Ran замінюється на ГТФ і цикл, тим самим, замикається.

Схема експорту білків з ядра.
1. Освіта комплексу вантаж-експортін-Ran-ГТФ. 2. Заякоріванню комплексу на білках ядерної пори і власне транслокація. 3. Гідроліз ГТФ, дисоціація комплексу та вивільнення вантажу. 4. Реімпорт вивільнився експортіна.

3.2.2. Механізм експорту білків з ядра

Тепер розглянемо механізм експорту з ядра на прикладі білків, що містять сигнали ядерного експорту (англ., N uclear E xport S ignal, NES). Для цих сигнальних послідовностей характерно високий вміст гідрофобних амінокислот. Першою стадією транспортування тут також є рецепція субстрату специфічним експортіном Crm1 (англ., C hromosome R egion M aintenance) і утворення комплексу. Головною відмінністю механізмів експорту є той факт, що до складу транслокується комплексу в разі експорту крім субстрату і Crm1 входить і Ran-ГТФ, тобто пару з циклом Ran відбувається на стадії транслокації, а не на стадії реімпорту рецептора. Після проходження через ядерну пору в цитоплазму Ran розщеплює ГТФ, комплекс втрачає стабільність і дисоціюють, вивільняючи вантаж.


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Пори року
Пори року
Пори року (Вівальді)
Ядерні технології
Малі ядерні РНК
Атмосферні ядерні випробування США
Стратегічні ядерні сили Російської Федерації
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru