ядерні пори
Ядерні пори забезпечують транспортування молекул водорозчинних речовин через нуклеоламі. Також через нуклеопор можуть траспортуватісь такі структури, як РНК (мРНК, компоненти рибосом), білки (ДНК-полімерази, ламіни), вуглеводні, малі молекули, ліпіди. Важливо зауважити, що кожен так званий комплекс ядерної пори (nuclear pore complex, NPC) здатний здійснювати близько 1000 переміщень в секунду. При цьому малі молекули здатні вільно переміщатися крізь час завдяки дифузії, а великі повинні бути розпізнані за специфічними сигнальними послідовностями, а потім переміщені нуклеопротеїнами всередину ядра або назовні із застосуванням енергопоглинаючих механізмів. Такий механізм переміщення великих молекул відомий під назвою «Ran-ГТФазній цикл» (RAN cycle).
Кожна з восьми білкових субодиниць, що становлять навколишнє зовнішнє кільце ядерної пори, має річагоподібну структуру, випинається в канал пори. Центральна частина часу найчастіше містить коркоподібне замикаючих освіти. Поки невідомо, це утворення дійсно функціональним замикаючих елементом, або просто масою транспортувалася через час, і була зупинена при приготуванні досліджуваних зразків.
Розміри і структура
Весь комплекс нуклеопор має діаметр близько 120 нанометрів, діаметр каналу часу становить близько 50 нанометрів, провздовжна довжина каналу - близько 200 нанометрів. Молекулярна маса нуклеопорного комплексу становить близько 50 МДА і налічує в своєму складі близько 30 різних білкових субодиниць.
Транспорт з нуклеопор
Об'єкти масою менше 30 кДа здатні проходити крізь нуклеопор завдяки пасивній дифузії. Великі об'єкти теж час можуть проходити через отвір пори, але в зневажливо малих кількостях. Ефективний транспорт через нуклеопорній комплекс вимагає наявності кількох протеїнових структур. Каріоферіни, які можуть виконувати функції як імпортінів (структури, що забезпечують транспорт всередину ядра), так і експортінів (структури, що забезпечують транспорт з ядра назовні) є найбільш вивченими з цих критично важливих структур; всі вони є представниками надсемейства β-імпортінів, яким властива загальна тривимірна структура.
В даний час існують три моделі, які пояснюють механізм транслокації (активного недіфузійного переміщення) через нуклеопор:
- Градієнтів аффинности в напрямку сентрального пробки
- Броуновського афінного затвора
- селективних фаз
імпорт білків
Будь-яка макромолекула, що має в своєму складі ядерне локализующих послідовність амінокислот (ЯЛП), здатна відчувати швидкого транспорту через нуклеоламі завдяки роботі імпортінів. Відомо кілька ЯЛП; всі вони мають консервативну полипептидную послідовність з основними амінокислотними залишками, типу PKKKRKV.
Класична схема транспорту ЯЛП-протеїнів починається з зв'язування імпортіну-α з ЯЛП, що забезпечує подальше зв'язування в утвореній структурою імпортіну-β. Комплекс імпортін-α-імпортін-β-протеїн направляється в нуклеопор і проходить крізь неї. Після потрапляння всередину ядра RanГТФ відключає від нього імпортінβ. Після цього апоптоз-чутливий клітинний протеїн (cellular apoptosis susceptibility protein, CAS), експортін, що зв'язується з RanГТФ, відключає імпортін-α. ЯЛП-протеїн виявляється, таким чином, в нуклеоплазмі вільним. Комплекси імпортін-β-RanГТФ і імпортін-α-CAS-RanГТФ дифундують назад в цитоплазму, де ГТФ гідролізується до ГДФ, що призводить, в свою чергу, до вивільнення імпортіну-α і імпортіну-β, які пізніше можуть брати участь в новому транспортному циклі.
Незважаючи на те, що транспорт макромолекул через нуклеопор відбувається за участю супроводжуючих протеїнів, це переміщення само по собі не є енергозалежною. Але весь цикл імпорту вимагає гідролізу двох молекул ГТФ; таким чином, він енергозалежною, і класифікується як різновид активного клітинного транспорту. Цикл імпорту забезпечується наявністю концентраційного нуклео-цитоплазматичного градієнта RanГТФ. Цей градієнт виникає завдяки локалізації виключно в ядрі так званих протеїнів RanGEF, які заміщають ГДФ на ГТФ на молекулах Ran. Таким чином, в ядрі, в порівнянні з цитоплазмою, при нормальних умовах є підвищена концентрація RanГТФ.
експорт білків
Деякі ядерні білки, такі як субодиниці рибосом і РНК-месенджери, синтезуються в ядрі, а потім транспортуються в цитоплазму через нуклеопор. Це забезпечується механізмом, в основних рисах схожий на механізм імпорту.
У класичній схемі експорту протеїни, що містять специфічну ядерну експортну послідовність (ЯЕП) амінокислот, зв'язуються з експортіном і RanГТФ, формуючи гетеромерного комплекс. Цей комплекс здатний переміщатися в цитоплазму шляхом дифузії, після чого ГТФ гідролізується і ЯЕП-протеїн вивільняється. RanГДФ дифундує назад в ядро, де ГДФ замінюється на ГТФ завдяки RanGEF. Цей процес також енергетично залежним, оскільки вимагає гідролізу ГТФ. Експорт протеїнів за участю екпортінів може бути інгібійованій (аж до блокування) антибіотиком лептоміціном.
експорт РНК
Для кожного з типів РНК існують свої особливі шляхи транспорту з ядра. Цей транспорт також ЯЕП-залежним, при цьому ЯЕП мається на протеїнових структурах, з якими РНК зв'язується при синтезі (виключаючи транспортної РНК, яка не має таких білків-адаптерів). Важливо відзначити, що всі типи вірусної РНК і всі типи клітинної РНК, за винятком матричної, в своєму транспорті залежні від RanГТФ. Деактивовано матрична РНК транспортується за участю своїх особливих мРНК-транспортних білкових факторів. Цими факторами є Mex67 / Tap (велика субодиниця) і Mtr2 / p15 (мала субодиниця). Крім них, для здійснення процесу транспорту мРНК необхідно зв'язування з великою субодиницею специфічного білкового адаптером.