Ядерные поры, или нуклеопор — большой белковый комплекс, проходит сквозь нуклеолему (двойная мембрана, окутывает ядро в клетке эукариот), и формирует в ней пропускающий канал. Обычно на поверхности ядра позвоночных находится около 2000 нуклеопор, но это количество может варьировать в широких пределах в зависимости от количества транскрипций, которые произошли с клеткой. Белки, формирующие ядерную пору, называются нуклеопоринив. Около половины нуклеопоринив содержат в своем составе следующие типы складчатой ​​третичной структуры, как альфа-соленоид и бета-пропеллер, а в некоторых случаях — их обоих. Другая часть нуклеопоринив в своем составе складчатых структур не имеют, поэтому им присуща значительная изменчивость структуры (учитывая отсутствие жесткой вторичной структуры). Эти неупорядоченные протеины называются FG-нуклеопоринив, учитывая частую повторюваннисть в их первичной структуре пары аминокислот фенилаланин-глицин (F — однолитерове обозначения фенилаланина, G — глицина).

Ядерные поры обеспечивают транспортировку молекул водорастворимых веществ через нуклеолему. Также через нуклеопор могут траспортуватись такие структуры, как РНК (мРНК, компоненты рибосом), белки (ДНК-полимеразы, ламины), углеводороды, малые молекулы, липиды. Важно заметить, что каждый так называемый комплекс ядерной поры (nuclear pore complex, NPC) способен осуществлять около 1000 перемещений в секунду. При этом малые молекулы способны свободно перемещаться сквозь время благодаря диффузии, а большие должны быть распознаны по специфическим сигнальными последовательностями, а затем перемещены нуклеопротеины внутрь ядра или наружу с применением энергопоглощающих механизмов. Такой механизм перемещения больших молекул известный под названием «Ran-ГТФазний цикл» (RAN cycle).

Каждая из восьми белковых субъединиц, составляющих окружающую внешнее кольцо ядерной поры, имеет ричагоподибну структуру, выпячивается в канал поры. Центральная часть времени чаще всего содержит коркоподибне запирающих образования. Пока неизвестно, это образование действительно функциональным запирающих элементом, или просто массой транспортировалась через время, и была остановлена ​​при приготовлении исследуемых образцов.

Размеры и структура

Весь комплекс нуклеопор имеет диаметр около 120 нанометров, диаметр канала времени составляет около 50 нанометров, провздовжна длина канала — около 200 нанометров. Молекулярная масса нуклеопорного комплекса составляет около 50 МДА и насчитывает в своем составе около 30 различных белковых субъединиц.

Транспорт из нуклеопор

Объекты массой менее 30 кДа способны проходить сквозь нуклеопор благодаря пассивной диффузии. Большие объекты тоже время могут проходить через отверстие поры, но в пренебрежительно малых количествах. Эффективный транспорт через нуклеопорний комплекс требует наличия нескольких протеиновых структур. Кариоферины, которые могут выполнять функции как импортинив (структуры, обеспечивающие транспорт внутрь ядра), так и експортинив (структуры, обеспечивающие транспорт из ядра наружу) являются наиболее изученными из этих критически важных структур; все они являются представителями надсемейства β-импортинив, которым присуща общая трехмерная структура.

В настоящее время существуют три модели, которые объясняют механизм транслокации (активного недифузийного перемещения) через нуклеопор:

  • Градиентов аффинности в направлении сентрального пробки
  • Броуновського аффинного затвора
  • Селективных фаз

Импорт белков

Любая макромолекула, имеющий в своем составе ядерное локализующих последовательность аминокислот (ЯЛП), способна испытывать быстрого транспорта через нуклеолему благодаря работе импортинив. Известно несколько ЯЛП; все они имеют консервативную полипептидную последовательность с основными аминокислотными остатками, типа PKKKRKV.

Классическая схема транспорта ЯЛП-протеинов начинается с связывания импортину-α с ЯЛП, что обеспечивает дальнейшее связывание в образованной структурой импортину-β. Комплекс импортин-α-импортин-β-протеин направляется в нуклеопор и проходит сквозь нее. После попадания внутрь ядра RanГТФ отключает от него импортинβ. После этого апоптоз-чувствительный клеточный протеин (cellular apoptosis susceptibility protein, CAS), експортин, что связывается с RanГТФ, отключает импортин-α. ЯЛП-протеин оказывается, таким образом, в нуклеоплазме свободным. Комплексы импортин-β-RanГТФ и импортин-α-CAS-RanГТФ диффундируют обратно в цитоплазму, где ГТФ гидролизуется до ГДФ, что приводит, в свою очередь, к высвобождению импортину-α и импортину-β, которые позже могут принимать участие в новом транспортном цикле.

Несмотря на то, что транспорт макромолекул через нуклеопор происходит с участием сопровождающих протеинов, это перемещение само по себе не является энергозависимым. Но весь цикл импорта требует гидролиза двух молекул ГТФ; таким образом, он энергозависимым, и классифицируется как разновидность активного клеточного транспорта. Цикл импорта обеспечивается наличием концентрационного нуклео-цитоплазматического градиента RanГТФ. Этот градиент возникает благодаря локализации исключительно в ядре так называемых протеинов RanGEF, которые замещают ГДФ на ГТФ на молекулах Ran. Таким образом, в ядре, по сравнению с цитоплазмой, при нормальных условиях имеется повышенная концентрация RanГТФ.

Экспорт белков

Некоторые ядерные белки, такие как субъединицы рибосом и РНК-мессенджеры, синтезируются в ядре, а затем транспортируются в цитоплазму через нуклеопор. Это обеспечивается механизмом, в основных чертах похож на механизм импорта.

В классической схеме экспорта протеины, содержащие специфическую ядерную экспортную последовательность (ЯЕП) аминокислот, связываются с експортином и RanГТФ, формируя гетеромерного комплекс. Этот комплекс способен перемещаться в цитоплазму путем диффузии, после чего ГТФ гидролизуется и ЯЕП-протеин высвобождается. RanГДФ диффундирует обратно в ядро, где ГДФ заменяется на ГТФ благодаря RanGEF. Этот процесс также энергетически зависимым, поскольку требует гидролиза ГТФ. Экспорт протеинов с участием екпортинив может быть ингибийований (вплоть до блокирования) антибиотиком лептомицином.

Экспорт РНК

Для каждого из типов РНК существуют свои особые пути транспорта из ядра. Этот транспорт также ЯЕП-зависимым, при этом ЯЕП имеется в протеиновых структурах, с которыми РНК связывается при синтезе (исключая транспортной РНК, которая не имеет таких белков-адаптеров). Важно отметить, что все типы вирусной РНК и все типы клеточной РНК, за исключением матричной, в своем транспорте зависимые от RanГТФ. Деактивирована матричная РНК транспортируется с участием своих особых мРНК-транспортных белковых факторов. Этими факторами являются Mex67 / Tap (большая субъединица) и Mtr2 / p15 (малая субъединица). Кроме них, для осуществления процесса транспорта мРНК необходимо связывания с большой субъединицей специфического белкового адаптером.

Видео по теме

Изображения по теме

  • Ядерные поры
  • Ядерные поры
  • Ядерные поры
  • Ядерные поры