Ядерні пори у вищих еукаріотів: будова і властивості.

Ядерна оболонка клітин ссавців містить 3-4 тисячі пір (приблизно 10 пір на 1 квадратний мкм) організованих за участю специалізірованих білків – нуклеопорінов. Через ядерні пори відбувається обмін речовинами між ядром і цитоплазмою. Дійсно, РНК, синтезовані в ядрі, а також рибосомні субодиниці і білки, що містять сигнали ядерного експорту, транспортуються через ядерні пори в цитоплазму, а гістони, компоненти реплікативної системи, багато інших білки і U мяРНП (малі ядерні РНП) імпортуються через ядерні пори з цитоплазми в ядро.
Пори оточені великими кільцевими структурами, званими порового комплексами (їх внутрішній діаметр становить приблизно 80 нм, а мовляв. Маса -50-100 млн. Кожен комплекс утворений набором великих білкових гранул, згрупованих у октагональную структуру (рис. 8-20,).
Поровой комплекс пронизує подвійну мембрану, пов’язуючи по окружності пори ліпідний бішар внутрішньої і зовнішньої мембран в єдине ціле (рис. 8-20, праворуч). Незважаючи на цю безперервність, яка повинна була б забезпечувати дифузію компонентів між зовнішньою і внутрішньою мембранами, вони залишаються хімічно різними.
“Діра” в центрі кожного комплексу (ядерна пора) являє собою водний канал, крізь який водорозчинні молекули курсують між ядром і цитоплазмою.
Ядерний поровой комплекс містить заповнений водою циліндричний канал діаметром близько 9 нм. Великі ядерні білки взаємодіють з білками-рецепторами, розташованими на кордоні ядерних пор, і ці рецептори активно переносять білки в ядро, збільшуючи канал пори.
Ядерні пори – освіти масою від близько 66 МДА у дріжджів до десь 125 мда у вищих еукаріотів. Кількість білків (нуклеопорінов) у складі ядерної пори також варіює для різних організмів від 30 (приблизно) у дріжджів, до 50-100 видів білків у вищих еукаріотів. На одне ядро ​​доводиться близько 190 ядерних пор у дріжджів, 3000-5000 в діляться клітинах людини і близько 50 мільйонів в зрілих ооцитах Xenopus. Втім кількість ядерних пор залежить від типу клітини, стадії клітинного циклу і конкретної гормональної ситуації. Для ядерної пори характерна симетрія восьмого порядку, тому багато білки ядерної пори представлені в її складі в кількості, кратному восьми (Gorlich, D., and U. Kutay. 1999).
І на цитоплазматичної, і на ядерній стороні пори в електронний мокроскоп видно опуклі кільця. Кільце, що знаходиться з ядерної боку, несе структуру, звану кошиком (basket). Це утворення складається з звернених у нуклеоплазми фібрил і прикріпленого до них термінального кільця. До цитоплазматичних кільцю також прикріплені фібрилярні білки. До просвіту каналу звернені вісім симетричних утворень (spoke complex), що додають комплексу схожість з восьміспіцевим возові колеса. Домени цих восьми субьедініц, що знаходяться в Люмен, мабуть зв’язуються між собою, закріплюючи структуру. У центрі комплексу видно вхід в канал ядерної пори. Іноді в каналі виявляється видна електроннощільні гранула. Деякі дослідники вважають, що це якийсь транспортується комплекс в момент перетинання ядерної мембрани. Інші вважають, що ця структура є функціональною деталлю ядерної пори. На підставі цього останнього припущення була навіть висунута неподтвердівшаяся згодом гіпотеза, згідно з якою ядерна пора містить не один, а вісім проникних каналів (Fahrenkrog, B. et. Al. 1998 і T. Danker, H. Oberleithner, 2000).
Як уже згадувалося, (див. “Нуклеопоріни, транспортіни, імпортіни і експортіни”) ядерна пора проникна для дифузії. Молекули масою менш 5 кДа, проходять через ядерну пору вільно, і рівновага між ядерної та цитоплазматичної концентрацією встановлюється за секунди. Для білків масою 17 кДа цей процес займає 2 хвилини, білків масою 44 кДа (приблизно 6 нм) – 30 хвилин. Білки масою більше 60 кДа, мабуть, взагалі не можуть пасивно проходити через ядерні пори (Alberts B., et. Al. 1994). Проникний для гідрофільних макромолекул канал, через який відбувається як активний, так і пасивний транспорт, в ядерній порі один, і він, по всій видимості, розташований в центрі комплексу (Feldherr, CM, and D. Akin. 1997). Параметри центрального каналу залежать від методів визначення. Показання, отримані різними методами і на різних об’єктах, коливаються в межах від 6.8 до 13 нм для діаметра еквівалентного каналу, і від 15 до 63.5 нм для його довжини. Під еквівалентним каналом розуміється циліндричний стовп води, аналогічний каналу ядерної пори по проникності для пасивно дифундують речовин; тобто ці чисельні розрахунки робилися без поправки на властивості білкових стінок каналу (Keminer O, Peters R. 1999). Враховуючи радіус каналу, абсолютно незрозуміло, яким чином проходять через ядерні пори рибосомні субчастіци масою 1.4 і 2.8 МДА. З іншого боку, відмічено, що через ядерні пори можуть проходити частинки колоїдного золота діаметром до 26 нм (Feldherr, CM, and D. Akin. 1997).
Методами електронно-мікроскопічного аналізу показано, що ядерна пора досить лабільна структура, – у відповідь на багато стимули вона може змінювати свій радіус і, можливо, провідність. Було виявлено, що підвищення концентрації кальцію і ATP можуть приводити до зменшення радіусу ядерної пори і збільшенню її висоти над рівнем мембрани. Оскільки просвіт (люмен) двумембранной оболонки ядра безперервно переходить в багатий кальцієм ендоплазматичний ретикулум, існує припущення, що вихід іона Ca в цитоплазму може грати безпосередню регуляторну роль (T. Danker, H. Oberleithner, 2000). Ця досить несподівана теорія якоюсь мірою доповнюється даними про знаходження в складі ядерної пори міозину, сокращающегося білка, функція якого залежить від кальцію і ATP (Berrios M, et. Al. 1991). В ході активної транслокації комплекс вантаж / транспортіни заякорівается на білках ядерної пори.
Амінокислотний мотив, який, як вважається, бере участь у зв’язуванні транспортінов в складі комплексу, був знайдений у багатьох нуклеопорінов. Цей мотив представлений кількома повторами послідовності FG, FXFG або GLFG, розділеними спейсерами, довжини яких можуть варіювати. Показано, що білки, що володіють такими доменами, здатні зв’язуватися з білками сімейства імпортінов-бета. У деяких інших нуклеопорінов виявлена ​​здатність зв’язувати GTPазу Ran.
Процес транслокації субстрату через ядерну пору (для випадку імпорту) був досліджений методами електронної мікроскопії із застосуванням частинок колоїдного золота (рис. 4). На підставі цих даних процес можна розбити на кілька стадій. На першій стадії транспортується комплекс заякорівается на звернена в цитоплазму фібрили (1). Потім цей філамент згинається і переміщує комплекс до входу в канал ядерної пори (2-3). Відбувається власне транслокація та звільнення комплексу в нуклеоплазми (4) (Pante N., Aebi U. 1996).

Comments are closed.