Ядерная пора представляет собой

Ядерная пора • ru.knowledgr.com

Ядерная пора представляет собой

Ядерные поры – большие комплексы белка, которые пересекают ядерный конверт, который является двойной мембраной, окружающей эукариотическое ядро клетки. Есть о среднем числе 2 000 ядерных комплексов поры (NPCs), в ядерном конверте позвоночной клетки, но это варьируется в зависимости от типа клетки и стадии в жизненном цикле.

Белки, которые составляют ядерный комплекс поры, известны как nucleoporins. Приблизительно половина nucleoporins, как правило, содержит соленоидные области белка — или альфа-соленоид или сгиб бета пропеллера, или в некоторых случаях оба как отдельные структурные области.

Каждый NPC содержит по крайней мере 456 отдельных молекул белка и составлен из 30 отличных белков (nucleoporins). Другая половина показывает структурные особенности, типичные для «прирожденно развернутых» или свойственно приведенных в беспорядок белков, т.е. они – очень гибкие белки, которые испытывают недостаток в заказанной вторичной структуре.

Эти беспорядочные белки – FG nucleoporins, так называемый, потому что их последовательность аминокислоты содержит много глициновых фенилаланином повторений.

Ядерные комплексы поры позволяют транспорт молекул через ядерный конверт. Этот транспорт включает РНК и рибосомные белки, перемещающиеся от ядра до цитоплазмы и белков (таких как полимераза ДНК и ламины), углеводы, сигнальные молекулы и липиды, перемещающиеся в ядро.

Известно, что ядерный комплекс поры (NPC) может активно провести 1 000 перемещений за комплекс в секунду. Хотя меньшие молекулы просто распространяются через поры, большие молекулы могут быть признаны определенными последовательностями сигнала и затем распространены с помощью nucleoporins в или из ядра.

Это не непосредственно энергетическое требование, но зависит от градиентов концентраций, связанных с, УПРАВЛЯЛ циклом. Каждая из восьми подъединиц белка, окружающих фактическую пору (внешнее кольцо) проекты a, говорила – сформированный белок по каналу поры. Центр поры часто, кажется, содержит подобную штепселю структуру.

Это все же неизвестно, соответствует ли это фактическому штепселю или является просто грузом, пойманным в пути.

Размер и сложность

У

всего ядерного комплекса поры есть диаметр приблизительно 120 миллимикронов у позвоночных животных. Диаметр канала колеблется от 5,2 миллимикронов в людях к 10,7 нм у лягушки Xenopus laevis с глубиной примерно 45 nm.

mRNA, которые являются одноцепочечными, имеет толщину приблизительно 0,5 к 1 нм. Молекулярная масса NPC млекопитающих – приблизительно 124 megadaltons (MDa), и это содержит приблизительно 30 различных компонентов белка, каждого в многократных копиях.

Напротив, дрожжи Saccharomyces cerevisiae меньше, взвешивая только 66 мегадальтонов.

Транспорт через ядерный комплекс поры

Мелкие частицы (Эффективное прохождение через комплекс требует нескольких факторов белка. Karyopherins, который может действовать как importins или exportins, является частью Importin-β суперсемьи который вся акция подобная трехмерная структура.

Трем моделям предложили объяснить механизм перемещения:

  • Градиенты близости вдоль центрального штепселя
  • Броуновская близость gating
  • Отборная фаза

Импорт белков

Любой груз с выставленным ядерным сигналом локализации (NLS) будет предназначен для быстрого и эффективного транспорта через пору. Несколько последовательностей NLS известны, обычно содержащий сохраненную последовательность фосфолипидов с основными остатками такой как. Любой материал с NLS будет поднят importins к ядру.

Классическая схема импорта NLS-белка начинается с Importin-α, сначала связывающего с последовательностью NLS, и действует как мост для Importin-β, чтобы быть свойственной. importinβ-importinα-cargo комплекс тогда направлен к ядерной поре и распространяется через нее. Как только комплекс находится в ядре, RanGTP связывает с Importin-β и перемещает его от комплекса.

Тогда клеточный белок восприимчивости апоптоза (CAS), экспорт, который в ядре связан с RanGTP, перемещает Importin-α от груза. NLS-белок таким образом свободен в nucleoplasm.

Importinβ-RanGTP и комплекс Importinα-CAS-RanGTP распространяются назад к цитоплазме, где GTPs гидролизируются к ВВП, приводящему к выпуску Importinβ и Importinα, которые становятся доступными для нового импорта NLS-белка вокруг.

Хотя груз проходит через пору с помощью белков компаньонки, перемещение через саму пору не энергетический иждивенец. Однако целый цикл импорта нужен в гидролизе 2 GTPs и является таким образом энергетическим иждивенцем и должен быть рассмотрен как активный транспорт.

Цикл импорта приведен в действие nucleo-цитоплазматическим градиентом RanGTP. Этот градиент является результатом исключительной ядерной локализации RanGEFs, белки, которые обменивают ВВП к GTP на, Управляли молекулами.

Таким образом есть поднятая концентрация RanGTP в ядре по сравнению с цитоплазмой.

Экспорт белков

Некоторые молекулы или макромолекулярные комплексы должны быть экспортированы от ядра до цитоплазмы, также, как и подъединицы рибосомы и РНК посыльного. Таким образом есть экспортный механизм, подобный механизму импорта.

В классической экспортной схеме белки с ядерной экспортной последовательностью (NES) могут связать в ядре, чтобы сформировать heterotrimeric комплекс с экспортом и RanGTP (например, exportin CRM1).

Комплекс может тогда распространиться к цитоплазме, где GTP гидролизируется, и БЕЛОК NES выпущен. CRM1-RanGDP распространяется назад к ядру, где ВВП обменен к GTP RanGEFs. Этот процесс – также энергетический иждивенец, поскольку он потребляет один GTP.

Экспорт с exportin CRM1 может быть запрещен Лептомикином Б.

Экспорт РНК

Есть различные экспортные пути через NPC для каждого класса РНК, который существует. Экспорт РНК – также сигнал, установленный (NES); NES находится в СВЯЗЫВАЮЩИХ БЕЛКАХ РНК (за исключением тРНК, у которой нет адаптера). Известно, что все вирусные РНК и клеточные РНК (тРНК, rRNA, U snRNA, microRNA) кроме mRNA зависят от RanGTP.

Сохраненные экспортные факторы mRNA необходимы для mRNA ядерного экспорта. Экспортные факторы – Mex67/Tap (большая подъединица) и Mtr2/p15 (маленькая подъединица). У более высоких эукариотов, mRNA экспорт, как думают, зависит от соединения, которое в свою очередь принимает на работу комплекс белка, TREX, к соединенным сообщениям.

TREX функционирует как адаптер для СИГНАЛА, который является очень бедным связывающим белком РНК. Однако есть альтернатива mRNA экспортные пути, которые не полагаются на соединение для специализированных сообщений, таких как гистоны.

Недавняя работа также предлагает взаимодействие между зависимым от соединения экспортом и одним из них альтернатива mRNA экспортные пути для секреторных и митохондриальных расшифровок стенограммы.

Ассамблея NPC

Поскольку NPC управляет доступом к геному, важно, что это существует в большом количестве в областях клеточного цикла, где много транскрипции необходимо.

Например, езда на велосипеде млекопитающих и клетки дрожжей удваивает сумму NPC в ядре между G1 и фазой G2 клеточного цикла, и ооциты накапливают большие количества NPCs, чтобы подготовиться к быстрому mitosis, который существует на ранних стадиях развития.

Клетки межфазы должны также поддержать уровень поколения NPC, чтобы сохранять уровни NPC в клетке постоянными, поскольку некоторые могут быть повреждены. Некоторые клетки могут даже увеличить числа NPC из-за увеличенного транскрипционного требования.

Теории собрания

Есть несколько теорий относительно того, как собраны NPCs.

Поскольку immunodepletion определенных комплексов белка, таких как Nup комплекс 107–160, приводит к формированию poreless ядер, кажется вероятным, что комплексы Nup вовлечены в плавление внешней мембраны ядерного конверта с внутренним и не, что плавление мембраны начинает формирование поры. Есть несколько способов, которыми это могло привести к формированию полного NPC.

  • Одна возможность состоит в том, что как комплекс белка это связывает с хроматином. Это тогда вставлено в двойную мембрану близко к хроматину. Это, в свою очередь, приводит к плавлению той мембраны. Вокруг этого комплекса белка другие в конечном счете связывают формирование NPC. Этот метод возможен во время каждого фазы mitosis, поскольку двойная мембрана присутствует вокруг хроматина, прежде чем мембранный комплекс белков сплава сможет вставить. Митотические камеры почты могли сформировать мембрану сначала с порами, вставляемыми в после формирования.
  • Другая модель для формирования NPC – производство предварительной поры как начало в противоположность единственному комплексу белка. Эта предварительная пора сформировалась бы, когда несколько комплексов Nup объединяются и связывают с хроматином. У этого была бы двойная мембранная форма вокруг этого в во время митотической повторной сборки. Возможные структуры перед порой наблюдались относительно хроматина перед формированием ядерного конверта (NE), используя электронную микроскопию. Во время межфазы клеточного цикла формирование предварительной поры произошло бы в ядре, каждый компонент, транспортируемый в через существующий NPCs. Эти Nups связали бы с импортированием, когда-то сформированным, предотвратив собрание предварительной поры в цитоплазме. После того, как транспортируемый в ядро Бежал, GTP свяжет с импортированием и заставит его выпускать груз. Этот Nup был бы свободен от предварительной поры. Закрепление importins, как по крайней мере, показывали, принесло Nup 107 и Nup 153 nucleoporins в ядро. Собрание NPC – очень быстрый процесс, все же определил промежуточные состояния, происходят, который приводит к идее, что это собрание происходит пошаговым способом.
  • Третий возможный метод собрания NPC разделяется. Этот метод, кажется, портной, сделанный для формирования NPC во время межфазы. Это происходит, когда больше protomers прибавляется к существующему NPC. У восьмикратной симметрии NPC, как показывали, была степень пластичности и позволит это. В конечном счете достаточно protomers добавит и позволит новому NPC откалываться оригинал. Этот метод собрания NPC может только произойти во время межфазы клеточного цикла.

Разборка

Во время mitosis NPC, кажется, демонтирует шаг за шагом. Периферийные nucleoporins, такие как Nup 153 Nup 98 и Nup 214 разъединяют с NPC. Остальные, которых можно считать лесами белками, остаются стабильными как цилиндрические кольцевые комплексы в ядерном конверте.

Эта разборка периферийных групп NPC, как в основном думают, является фосфатом, который ведут, поскольку несколько из этих nucleoporins – phosphorylated во время стадий mitosis. Однако фермент, вовлеченный в phosphorlyation, неизвестен в естественных условиях.

У многоклеточных (которые подвергаются открытому mitosis) NE ухудшается быстро после потери периферийного Nups. Причина этого может произойти из-за изменения в архитектуре NPC.

Это изменение может сделать NPC более водопроницаемым к ферментам вовлеченный в ухудшение NE, таким как цитоплазматический тубулин, а также разрешение входа ключевых митотических белков регулятора.

Сохранение целостности

Это показали в грибах, которые подвергаются закрытому mitosis (где ядро не ухудшается), что изменение барьера проходимости NE происходило из-за изменений в пределах NPC и – то, что позволяет вход митотических регуляторов.

В Aspergillus nidulans состав NPC, кажется, произведен митотической киназой NIMA, возможно phosphorylating nucleoporins Nup98 и Gle2/Rae1. Эта реконструкция, кажется, позволяет комплекс белков cdc2/cyclinB, входят в ядро, а также много других белков, таких как разрешимый тубулин.

Леса NPC остаются неповрежденными всюду по закрытому mitosis целого. Это, кажется, сохраняет целостность NE.

Внешние ссылки

  • Ядерные мультипликации Комплекса Поры
  • Ядерные иллюстрации Комплекса Поры
  • 3D электронные структуры микроскопии NPC и учредительных белков от НИХ Банк данных (EMDB)
  • NCDIR – Национальный центр динамического Interactome

Источник: http://ru.knowledgr.com/00014464/%D0%AF%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F%D0%9F%D0%BE%D1%80%D0%B0

Ядерные поры: описание, строение и функции

Ядерная пора представляет собой

Ядерные поры являются одним из наиболее важных внутриклеточных компонентов, так как они участвуют в молекулярном транспорте. Несмотря на достижения в биологических исследованиях, не все вопросы, касающиеся этих структур, изучены полностью. Некоторые ученые считают, что по значимости функций и сложности строения комплекс ядерных пор можно отнести к органеллам клеток.

Ядерная оболочка

Характерной особенностью эукариотических клеток является наличие ядра, которое окружено оболочкой, отделяющей его от цитоплазмы. Мембрана состоит из двух слоев – внутреннего и наружного, соединенных между собой с помощью большого количества пор.

Значение ядерной оболочки очень велико – она позволяет отграничить процессы синтеза белка и нуклеиновых кислот, необходимых для регулирования функциональной активности генов. Мембрана управляет процессом транспортировки веществ внутрь, в цитоплазму, и в обратном направлении. Также она является скелетной структурой, поддерживающей форму ядра.

Между наружной и внутренней мембраной находится перинуклеарное пространство, ширина которого составляет 20-40 нм. Внешне ядерная оболочка выглядит как двухслойный мешок. Наличие пор в ее строении является существенным отличием данной структуры от аналогичных, имеющихся у митохондрий и пластид.

Строение ядерных пор

Каналы представляют собой перфорации диаметром около 100 нм, проходящие через всю ядерную оболочку. В поперечном сечении они характеризуются формой многоугольника, обладающего симметрией восьмого порядка. Проницаемый для веществ канал находится в центре.

Он заполнен сложно организованными глобулярными (в виде клубка) и фибриллярными (в форме закрученной нити) структурами, образующими центральную гранулу-«пробку» (или транспортер). На рисунке ниже можно наглядно изучить, что представляет собой ядерная пора.

Микроскопическое исследование данных структур показывает, что они имеют кольчатое строение. Фибриллярные выросты простираются как наружу, в цитоплазму, так и внутрь, в сторону ядра (филаменты).

Последние образуют своеобразную корзинку (в зарубежной литературе называемую «баскет»). В пассивной поре фибриллы корзины закрывают канал, а в активной – формируют дополнительное образование диаметром порядка 50 нм.

Кольцо со стороны цитоплазмы состоит из 8 гранул, соединенных между собой, как бусы на нитке.

Совокупность этих перфораций в оболочке ядра носит название комплекса ядерных пор. Тем самым биологи подчеркивают взаимосвязь между собой отдельных отверстий, работающих как единый слаженный механизм.

Внешнее кольцо связано с центральным транспортером. У низших эукариотов (лишайники и другие) нет цитоплазматического и нуклеоплазматического колец.

Особенности структуры

Строение и функции ядерных пор имеют следующие особенности:

  • Каналы представляют собой многочисленные копии порядка 30-50 нуклеопоринов (а всего – около 1000 белков).
  • Масса комплексов находится в пределах от 44 МДа у низших эукариотов до 125 МДа у позвоночных животных.
  • У всех организмов (человека, птиц, рептилий и других животных) во всех клетках эти структуры устроены аналогичным образом, то есть поровые комплексы являются строго консервативной системой.
  • Компоненты ядерных комплексов имеют субъединичное строение, благодаря которому они обладают высокой пластичностью.
  • Диаметр центрального канала варьируется в пределах 10-26 нм, а высота порового комплекса – порядка 75 нм.

Удаленные от центра участки ядерных пор несимметричны. Ученые связывают это с различными механизмами регулирования транспортной функции на начальных этапах развития клетки.

Предполагается также, что все поры являются универсальными структурами и обеспечивают перемещение молекул как в цитоплазму, так и в обратном направлении.

Ядерные поровые комплексы присутствуют и в других компонентах клетки, обладающих мембранами, но в более редких случаях (ретикулум, окончатые мембраны цитоплазмы).

Количество пор

Основным фактором того, от чего зависит количество ядерных пор, является активность обмена веществ в клетке (чем она выше, тем больше число канальцев).

Их концентрация в толще мембраны может изменяться в несколько раз в различные периоды функционального состояния клеток.

Первое увеличение числа пор происходит после деления – митоза (во время реконструкции ядер), а затем в период роста ДНК.

У разных видов животных их количество отличается. Оно зависит также от места взятия образца. Так, в культуре тканей человека их насчитывается порядка 11 шт./мкм2, а в несозревшей яйцеклетке лягушки ксенопус – 51 шт./мкм2. В среднем их плотность варьирует в пределах 13-30 шт./мкм2.

Распределение ядерных пор по поверхности оболочки является практически равномерным, но в местах сближения вещества хромосом с мембраной их концентрация резко уменьшается. У низших эукариотов под ядерной мембраной нет фибриллярной сети жесткой структуры, поэтому поры могут перемещаться вдоль ядерной оболочки, и их плотность на различных участках значительно варьирует.

Функции

Главной функцией ядерного порового комплекса является пассивная (диффузионная) и активная (требующая энергетических затрат) передача молекул через мембрану, то есть обмен веществ между ядром клетки и цитоплазмой. Этот процесс жизненно важен и регулируется тремя системами, которые находятся в постоянном взаимодействии друг с другом:

  • комплекс биологически активных веществ-регуляторов в ядре и цитоплазме – импортин α и β, Ran-белок, гуанозинтрифосфат (пуриновый нуклеотид) и другие ингибиторы и активаторы;
  • нуклеопорины;
  • структурные компоненты порового ядерного комплекса, которые способны изменять свою форму и обеспечивать перенос веществ в нужном направлении.

Из цитоплазмы через ядерные поры поступают белки, необходимые для функционирования ядра, а в обратном направлении выводятся различные формы РНК. Поровый комплекс не только осуществляет чисто механическую транспортировку, но и служит сортировщиком, «узнающим» определенные молекулы.

Пассивная передача происходит для тех веществ, молекулярная масса которых невысока (не больше 5∙103 Да). В ядро свободно поступают такие вещества, как ионы, сахара, гормоны, нуклеотиды, аденозинтрифосфорная кислота, участвующая в обмене энергии. Максимальный размер белков, которые могут проникнуть через поры в ядро, – 3,5 нм.

Во время синтеза дочерней молекулы ДНК транспортировка веществ достигает пика активности – по 100-500 молекул через 1 ядерную пору за 1 мин.

Белки пор

Элементы каналов имеют белковую природу. Белки этого комплекса носят название нуклеопоринов. Они собраны примерно в 12 субкомплексах. Условно их делят на три группы:

  • соединения со специфическими повторяющимися последовательностями, узнаваемые биохимическими факторами;
  • не обладающие последовательностями;
  • интегральные белки, которые находятся в участке мембраны, формирующей пору, или в самой поре в пространстве между слоями ядерной оболочки.

Исследованиями установлено, что нуклеопорины способны образовывать довольно сложные комплексы, включающие до 7 белков, а также принимают непосредственное участие в транспорте веществ. Некоторые из них могут непосредственно связываться с перемещаемыми через ядерную пору молекулами.

Экспорт веществ в цитоплазму

Одна и та же пора может принимать участие как в выводе, так и в импорте веществ. Обратного перевода РНК из цитоплазмы в ядро не происходит. Ядерные комплексы узнают сигналы для экспорта (NES), которые несут в себе рибонуклеопротеины.

NES-последовательность сигнальных веществ представляет собой сложный комплекс из аминокислот и белков, которые после выведения из ядра в цитоплазму диссоциируют (распадаются на отдельные составляющие). Поэтому аналогичные частички, введенные в цитоплазму искусственным путем, обратно в ядро не проникают.

Процесс митоза

При делении (митозе) клетки происходит «разборка» ядерного порового комплекса. Так, комплексы с молекулярной массой 120 мДа распадаются на субкомплексы по 1 мДа. После окончания деления они снова собираются. При этом ядерные поры перемещаются не отдельно, а массивами. Это является одним из доказательств того, что ядерный поровый комплекс – слаженная система.

Разрушенная мембрана превращается пузырьковое скопление, которое окружает область ядра в периоде интерфазы. В метафазе, когда хромосомы удерживаются в экваториальной плоскости, эти элементы оттесняются к периферийным зонам клетки. В конце анафазы данное скопление начинает контактировать с хромосомами и запускается рост зачатков ядерной мембраны.

Пузырьки превращаются в вакуоли, которые постепенно обволакивают хромосомы. Затем они сливаются и отгораживают новое интерфазное ядро от цитоплазмы. Поры появляются уже на самой ранней стадии, когда еще не произошло замыкание оболочек.

Источник: https://News4Auto.ru/iadernye-pory-opisanie-stroenie-i-fynkcii/

Ядерные поры

Ядерная пора представляет собой

Материальный обмен между ядром и цитоплазмой клетки осуществляется посредством ядерных пор – транспортных каналов, пронизывающих двухслойную ядерную оболочку. Через ядерные поры осуществляется ядерно-цитоплазматический транспорт.

Структура

Ядерные поры – это не просто перфорации, а сложно устроенные, многофункциональные регулируемые структуры организованные приблизительно 30 белками – нуклеопоринами.

Белковая составляющая ядерной поры обозначается термином «комплекс ядерной поры» (англ., nuclear pore complex, NPC).

Масса комплекса ядерной поры колеблется в пределах от ~44 МДа в клетках дрожжей до ~125 МДа у позвоночных.

По данным электронной микроскопии, ядерные поры в поперечном сечении имеют форму «восьмиспицевого тележного колеса», т.е. имеют ось симметрии восьмого порядка. Эти данные подтверждает тот факт, что молекулы нуклеопоринов присутствуют в составе ядерной поры в количестве, кратном восьми.

Проницаемый для молекул канал располагается в центре структуры. Комплекс ядерной поры заякорен на ядерной оболочке с помощью трансмембранной части, от которой к просвету канала обращены структуры, получившие название спиц (англ., spokes), по аналогии со спицами тележного колеса.

Эта коровая часть поры, построенная из восьми доменов, с цитоплазматической и ядерной сторон ограничена соответственно цитоплазматическим и ядерным кольцами (англ., rings; у низших эукариот они отсутствуют). К ядерному кольцу прикреплены белковые направленные внутрь ядра тяжи (ядерные филаменты, англ.

, filaments), к концам которых крепится терминальное кольцо (англ., terminal ring). Вся эта структура носит название ядерной корзины (англ., nuclear basket). К цитоплазматическому кольцу также прикреплены направленные в цитоплазму тяжи – цитоплазматические филаменты.

В центре ядерной поры видна электрон-плотная частица, «втулка» или транспортер (англ., plug).

Свойства ядерных пор

Количество ядерных пор на одно ядро может колебаться от 190 у дрожжей, 3000-5000 в клетках человека, до 50 млн. в зрелых ооцитах шпорцевой лягушки (Xenopus laevis). Этот показатель может также варьировать в зависимости от типа клетки, гормонального статуса и стадии клеточного цикла.

Например, в клетках позвоночных количество ядерных пор удваивается на протяжении S фазы, одновременно с удвоением хромосом. При разборке ядерной оболочки во время митоза ядерные поры позвоночных распадаются на субкомплексы с массами около миллиона дальтон.

Показано, что разборка комплекса ядерной поры инициируется циклин B–зависимой киназой, фосфорилирующей нуклеопорины. После завершения клеточного деления ядерные поры собираются de novo.

Ядерные поры интерфазного ядра перемещаются большими массивами, а не независимо друг от друга, причем эти перемещения происходят синхронно с перемещениями ядерной ламины. Это служит доказательством того, что ядерные поры механически связаны между собой и формируют единую систему (англ., NPC network).

Нуклеопорины

Нуклепорины, белки из которых постоены ядерные поры, делят на три подгруппы. К первой относят трансмембранные белки, заякоривающие комплекс в ядерной оболочке.

Нуклепорины второй группы содержат характерный аминокислотный мотив – несколько раз повторенные FG, FXFG или GLFG – последовательности (так называемые FG-повторы, где F – фенилаланин, G – глицин, L – лейцин, X – любая аминокислота).

Функция FG-повторов, по-видимому, заключается в связывании транспортных факторов, необходимых для осуществления ядерно-цитоплазматического транспорта.

Белки третьей подгруппы не имеют ни мембранных доменов, ни FG- повторов, наиболее консервативны среди всех нуклеопоринов, их роль, по-видимому, заключается в обеспечении связывания FG-содержащих нуклепоринов с трансмембранными. Нуклеопорины также отличаются по своей мобильности в составе ядерной поры. Некоторые белки связаны с конкретной порой на протяжении всего клеточного цикла, в то время как другие полностью обновляются всего за несколько минут.

Ядерно-цитоплазматический транспорт

Ядерно-цитоплазматическим транспортом называется материальный обмен между ядром и цитоплазмой клетки. Ядерно-цитоплазматический транспорт можно разделить на две категории: активный транспорт, требующий затрат энергии, а также специальных белков-рецепторов, и пассивный транспорт, протекающий путем простой диффузии молекул через канал ядерной поры.

Пассивный транспорт

Молекулы небольших размеров (ионы, метаболиты, мононуклеотиды и т.д.) способны пассивно диффундировать в ядро. Проводимость ядерных пор для молекул разных размеров различна.

Белки массой менее 15 кДа быстро проникают в ядро, в то время как для белка массой более 30 кДа на это требуется определенное время. Белковые молекулы массой более 60-70 кДа, по-видимому, вообще не могут пассивно проходить через ядерные поры.

Впрочем, пропускная способность ядерных пор для пассивной диффузии может изменяться в зависимости от типа клетки и стадии клеточного цикла.

Активный транспорт

Пропускная способность ядерной поры для активного транспорта значительно выше. Так рибосомные субчастицы размерами до нескольких мегадальтон транспортируются из ядра в цитоплазму через ядерные поры, и нет никаких оснований предполагать, что процесс транспорта сопровождается частичной разборкой этих субчастиц.

Системы активного транспорта обеспечивают весь макромолекулярный обмен между ядром и цитоплазмой. Молекулы РНК, синтезируемые в ядре, поступают через поры в цитоплазму, а в ядро попадают белки участвующие в ядерном метаболизме. Причем одни белки должны поступать в ядро конститутивно (например, гистоны), а другие в ответ на определенные стимулы (например, транскрипционные факторы).

У ядерных белков идентифицированы специальные последовательности, отвечающие за их локализацию. Самая распространенная из них, так называемый «классический» сигнал ядерной локализации – NLS (от англ., Nuclear Localization Signal), представляет собой один или два участка положительно заряженных аминокислот, аргинина и лизина.

Транслокация белков в ядро, в отличие от транслокации в митохондрии и эндоплазматический ретикулум, не сопровождается отщеплением этой сигнальной последовательности и разворачиванием полипептидной цепи. NLS-содержащие белки, как и все другие субстраты систем ядерного транспорта, переносятся в ядро в комплексе со специальными белками – транспортинами или кариоферинами (англ.

, transportins, karyopherins).

Каждый транспортин или комплекс транспортинов для осуществления своей функции должен обладать тремя активностями: во-первых, он должен узнавать и связывать транспортируемый субстрат, во-вторых, заякориваться на ядерной поре, и в-третьих, связывать небольшой белок – GTPазу Ran, относящуюся к семейству Ras-подобных ГТФаз и служащую для сопряжения транспорта с гидролизом ГТФ, что придает процессу необратимость (снабжает его энергией). Собственно акт гидролиза ГТФ осуществляется непосредственно этим белком. Фактор обмена нуклеотидов (англ., GTPase Еxchange Factor, GEF) для Ran, хроматин-связывающй белок RCC1, локализован строго в ядре, а активаторы ГТФазной активности (англ., GTPase Activation Protein, GAP) RanGAP1 и некоторые другие белки – строго в цитоплазме. Эта асимметричная локализация приводит к формированию градиента: в ядре находится преимущественно ГТФ-связанная форма Ran, в цитоплазме, наоборот, ГДФ-связанная. Ran используется для снабжения энергией как процессов импорта, так и процессов экспорта различных субстратов, а вся схема носит название Ran-цикла (англ., Ran-cycle). Ran-цикл снабжает энергией и экспорт, и импорт, используя общий принципиальный механизм, ключевыми стадиями которого являются гидролиз ГТФ в цитоплазме и обмен ГДФ на ГТФ в ядре.

Механизм импорта белков в ядро

Рассмотрим механизм поступления субстратов в ядро на примере импорта NLS-содержащих белков. Первой стадией транспортировки является узнавание субстрата транспортинами, в данном случае комплексом импортинов-α/β (транспортины участвующие в транспорте в ядро называются импортинами, а из ядра – экспортинами).

Затем образовавшийся комплекс заякоривается на белках ядерной поры с цитоплазматической стороны и транслоцируется через канал в ядро, где с ним связывается Ran-ГТФ, что вызывает диссоциацию комплекса и высвобождение груза.

После чего импортины в комплексе с Ran-ГТФ направляются обратно в цитоплазму, где Ran под действием RanGAP1 гидролизует ГТФ (ГТФ => ГДФ + PO43-). Комплекс Ran-ГДФ-импортины α/β нестабилен и диссоциирует. Ran-ГДФ поступает обратно в ядро при помощи собственного переносчика, димерного белка NTF2.

В ядре под действием белка RanGEF, ГДФ в активном центре Ran заменяется на ГТФ и цикл, тем самым, замыкается.

Механизм экспорта белков из ядра

Теперь рассмотрим механизм экспорта из ядра на примере белков, содержащих сигналы ядерного экспорта (англ., Nuclear Export Signal, NES). Для последовательностей этих сигналов характерно содержание гидрофобных аминокислот.

Первой стадией транспортировки здесь также является рецепция субстрата специфическим экспортином Crm1 (англ., Chromosome Region Maintenance) и образование комплекса.

Главным отличием механизмов импорта является тот факт, что в состав транслоцирующегося комплекса в случае экспорта помимо субстрата и Crm1 входит и Ran-ГТФ, то есть сопряжение с циклом Ran происходит на стадии транслокации, а не на стадии реимпорта рецептора.

После прохождения через ядерную пору в цитоплазму, Ran расщепляет ГТФ, комплекс теряет стабильность и диссоциирует, высвобождая груз.

Ссылки

Molecular Biology Of The Cell, 4е издание, 2002 г. – учебник по молекулярной биологии на английском языке

ru:Ядерные поры

Категории:

  • Незавершённые статьи по цитологии
  • Клетка
  • Cell biology

Источник: http://mediaknowledge.ru/ef80be55bf87db28.html

Все о медицине
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: