Часть 3 (1129751), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Таким образом, каждая дочерняяклетка наследует от материнской полный набор специализированных клеточныхмембран. Например, если из клетки полностью удалить ЭР, как она сможет еговосстановить? Как мы обсудим позже, мембранные белки, характеризующие ЭРи выполняющие многие его функции, сами по себе являются его продуктом. НовыйЭР не может быть создан в отсутствие уже существующего ЭР или по крайнеймере мембраны, содержащей транслокаторы белков для импорта определенныхбелков из цитозоля в ЭР (включая сами ЭР-специфичные транслокаторы). Этосправедливо и для митохондрий, и для пластид (см.
рис. 12.6).Таким образом, информация, необходимая для создания органеллы, содержится не только в ДНК, определяющей белки органеллы. Необходима информацияв виде по крайней мере одного специфического белка мембраны органеллы, и этаинформация передается от материнской клетки дочерней в форме самой органеллы. Предположительно, эта информация лежит в основе передачи потомствуправильной организации компартментов клетки, точно так же как информацияДНК лежит в основе передачи нуклеотидных и аминокислотных последовательностей клетки.Однако, как мы более подробно обсудим в главе 13, ЭР посылает постоянныйпоток мембранных пузырьков, в которых содержится только часть белков ЭР и которые обладают отличным от ЭР составом.
Точно так же от плазматической мембраны постоянно отпочковываются различные специализированные эндоцитозныепузырьки. Таким образом, некоторые органеллы могут образовываться из другихорганелл и не наследуются при делении клеток.1200Приложение 12.1. Подходы к изучению сигнальных последовательностейГлава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1201ЗаключениеЭукариотические клетки содержат внутриклеточные мембраны, которыеокружают почти половину всего объема клетки и образуют отдельные компартменты, носящие название органелл.
Основные типы органелл, присутствующиепо всех эукариотических клетках, — эндоплазматический ретикулум, аппаратГольджи, ядро, митохондрии, лизосомы, эндосомы и пероксисомы; растительныеклетки также содержат пластиды, к которым относятся, например, хлоропласты. В каждой органелле содержится определенный набор белков, опосредующийее уникальные функции.Каждый синтезированный белок органеллы должен найти путь от рибосомыцитозоля, где он синтезировался, до органеллы, в которой он функционирует.Для этого он идет по специфическому пути, направляясь сигналами сортировкив его аминокислотной последовательности, выполняющими функцию сигнальныхпоследовательностей или сигнальных участков.
Сигналы сортировки узнаютсякомплементарными рецепторами сортировки, которые доставляют белок в соответствующую органеллу-мишень. Белки, функционирующие в цитозоле, ненесут сигналов сортировки и, следовательно, остаются там, где они синтезировались.Во время клеточного деления такие органеллы, как ЭР и митохондрии,распределяются в интактном состоянии между двумя дочерними клетками.Эти органеллы содержат информацию, необходимую для их создания, и поэтомуих нельзя сконструировать de novo.12.2. Транспорт молекул между ядром и цитозолемЯдерная оболочка окружает ДНК и ограничивает ядерный компартмент. Этаоболочка состоит из двух концентрических мембран, пронизанных ядерными поровыми комплексами (рис. 12.8).
Несмотря на то что внутренняя и внешняя ядерныемембраны продолжают друг друга, они несут разный набор белков. Внутренняяядерная мембрана содержит специфические белки, служащие сайтами заякориванияхроматина и ядерной пластинки (ламины), сети белков, служащей структурнойподдержкой ядерной оболочки. Внутренняя мембрана окружена внешней ядерноймембраной, которая переходит в ЭР. Как и мембрана ЭР (рассматриваемая ниже),внешняя ядерная мембрана покрыта рибосомами, осуществляющими синтез белка.Белки, синтезированные этими рибосомами, транспортируются в пространствомежду внутренней и внешней ядерными мембранами (перинуклеарное пространство), которое сообщается с люменом ЭР.Между цитозолем и ядром непрерывно происходит транспорт в обоих направлениях.
Многие белки, функционирующие в ядре, включая гистоны, ДНК- и РНКполимеразы, регуляторные белки генов и белки процессинга РНК, селективноимпортируются в ядерный компартмент из цитозоля, где они синтезируются. В тоже время тРНК и мРНК синтезируются в ядерном компартменте и затем экспортируются в цитозоль. Как и процесс импорта, процесс экспорта селективен; например,мРНК экспортируются только после того, как они были соответствующим образоммодифицированы в ядре в реакциях процессинга РНК. В некоторых случаях процесстранспорта запутан.
Например, рибосомальные белки синтезируются в цитозолеи импортируются в ядро, где они собираются с рибосомальной РНК в частицы. За-1202Часть IV. Внутренняя организация клеткитем частицы экспортируются в цитозоль, где они собираются в рибосомы. Каждыйиз этих этапов требует селективного транспорта.12.2.1. Ядерные поровые комплексыпересекают ядерную оболочкуКрупные, сложные структуры, известные как ядерные поровые комплексы (NPC),пересекают ядерную оболочку всех эукариотических клеток.
В животных клетках массаодного NPC составляет около 125 миллионовдальтон. NPC состоят из примерно 30 различных белков NPC, или нуклеопоринов, которыеприсутствуют в нескольких копиях и образуют удивительно правильную восьмиугольнуюструктуру (рис. 12.9).Ядерная оболочка типичной животнойклетки содержит 3 000–4 000 NPC, и суммарный транспорт через один NPC огромен:до 500 макромолекул в секунду. Более того,NPC способны одновременно осуществлятьтранспорт в противоположных направлениях.Как они координируют двунаправленный потокмакромолекул и избегают закупорки и столкновений, неизвестно.Каждый NPC содержит один или несколько водных проходов, через которые возможнапассивная диффузия малых водорастворимых молекул. Исследователи определили эффективный размерэтих пор путем введения в цитозольмеченых водорастворимых молекулразличного размера и измерения скорости их диффузии в ядро.
Малыемолекулы (5 000 дальтон и меньше)диффундируют очень быстро, поэтомуможно считать, что ядерная оболочкадля них свободно проницаема. Круп-Рис. 12.8. Ядерная оболочка. Двумембранную оболочку пронизывают поры, в которыхрасполагаются ЯПК. Оболочка переходит в эндоплазматический ретикулум. Рибосомы, которые обычно связаны с цитоплазматическойповерхностью мембраны ЭР и внешней ядерноймембраной, на рисунке не показаны. Ядернаяламина — это фибриллярная сеть, лежащаяпод внутренней мембраной.Глава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1203Рис. 12.9. Структура NPC ядерной оболочки. (а) Небольшой участок ядерной оболочки. На поперечномсрезе видно, что NPC состоит из четырех «строительных блоков»: субъединиц, известных как «спицы», формирующих стенку поры; аннулярных субъединиц, расположенных в центре; люменальныхсубъединиц, содержащих трансмембранные белки, заякоривающие комплекс в ядерной мембране,и субъединиц колец, которые образуют цитоплазматическую и ядерную поверхности комплекса.
От цитоплазматической и ядерной поверхностей NPC также отходят фибриллы. На ядерной стороне фибриллысходятся и образуют похожую на корзину структуру. Иммуноэлектронная микроскопия показала, чтобелки, составляющие коровую часть NPC, симметрично ориентированы в ядерной оболочке, поэтомуцитоплазматическая и ядерная стороны центральной части поры выглядят одинаково. Белки, образующие фибриллы, наоборот, различаются на цитоплазматической и ядерной сторонах NPC. Вращательнаясимметрия восьмого порядка и поперечная симметрия второго порядка коровой части NPC объясняют,как такая огромная структура может быть собрана из всего 30 различных белков: многие из этих белковприсутствуют в 16 копиях (или в количестве, кратном 16).
Предполагают, что неупорядоченные домены коровых белков (не показаны) направлены в сторону центра NPC, чтобы блокировать пассивнуюдиффузию крупных макромолекул. (б) Сканирующая электронная микрофотография ядерной стороныядерной оболочки ооцита (см. также рис. 9.55). (в) Электронная микрофотография продольного срезадвух NPC (квадратные скобки); обратите внимание, что внутренняя и внешняя мембраны переходятдруг в друга на границах поры. (г) Электронная микрофотография поверхностей негативно окрашенныхNPC.
Мембрана удалена выделением с детергентами. Обратите внимание, что некоторые из NPC содержат вещество в центре. Предполагают, что это макромолекулы в процессе транспорта через NPC. (б,из M. W. Goldberg and T. D. Allen, J. Cell Biol. 119: 1429–1440, 1992. С любезного разрешения издательстваThe Rockefeller University Press; в, с любезного разрешения Werner Franke и Ulrich Scheer; г, с любезногоразрешения Ron Milligan.)ные белки, однако, проходят через NPC значительно медленнее; чем больше белок,тем медленнее он проходит через NPC. Белки, чья масса превышает 60 тысяч дальтон, едва проходят путем пассивной диффузии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
