Внутриклеточный транспорт
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2017 г. ) |
Внутриклеточный транспорт – это перемещение везикул и веществ внутри клетки . Внутриклеточный транспорт необходим для поддержания гомеостаза внутри клетки путем ответа на физиологические сигналы. [1] Белки, синтезированные в цитозоле, распределяются по соответствующим органеллам в соответствии с последовательностью сортировки их конкретных аминокислот. [2] Эукариотические клетки транспортируют пакеты компонентов в определенные внутриклеточные места, прикрепляя их к молекулярным моторам , которые транспортируют их по микротрубочкам и актиновым нитям. Поскольку внутриклеточный транспорт в значительной степени зависит от движения микротрубочек, компоненты цитоскелета играют жизненно важную роль в транспортировке везикул между органеллами и плазматической мембраной, обеспечивая механическую поддержку. Посредством этого пути можно облегчить движение основных молекул, таких как мембраносвязанные везикулы и органеллы, мРНК и хромосомы.
Внутриклеточный транспорт уникален для эукариотических клеток, поскольку они обладают органеллами, заключенными в мембраны, которые должны быть опосредованы для обмена грузом. [3] И наоборот, в прокариотических клетках нет необходимости в этом специализированном транспортном механизме, поскольку нет мембранных органелл и компартментов для перемещения между ними. Прокариоты способны существовать, позволяя материалам проникать в клетку посредством простой диффузии . Внутриклеточный транспорт более специализирован, чем диффузия; это многогранный процесс, в котором используются транспортные пузырьки . Транспортные везикулы представляют собой небольшие структуры внутри клетки, состоящие из жидкости, окруженной липидным бислоем , удерживающим груз. Эти везикулы обычно осуществляют загрузку груза и отпочкование везикул, транспортировку везикул, связывание везикул с мембраной-мишенью и слияние мембран везикул с мембраной-мишенью. Чтобы обеспечить правильное направление движения этих везикул и дальнейшую организацию клетки, специальные моторные белки прикрепляются к везикулам, заполненным грузом, и несут их по цитоскелету. Например, они должны гарантировать, что лизосомальные ферменты передаются именно в аппарат Гольджи. а не в другую часть клетки, что может привести к пагубным последствиям.
Слияние
[ редактировать ]Маленькие мембраносвязанные везикулы, ответственные за транспортировку белков из одной органеллы в другую, обычно обнаруживаются в эндоцитарных и секреторных путях . Везикулы отпочковываются от своей донорской органеллы и высвобождают содержимое своей везикулы в результате слияния с определенной органеллой-мишенью. [4] : 634 Эндоплазматическая сеть служит каналом, через который проходят белки, направляясь к конечному пункту назначения. [3] Белки, исходящие из эндоплазматического ретикулума, отпочковываются в транспортные пузырьки, которые путешествуют по коре клетки , чтобы достичь своих конкретных мест назначения. [3] Поскольку ЭР является местом синтеза белка, он будет служить родительской органеллой, а цис-грань аппарата Гольджи, куда поступают белки и сигналы, будет акцептором. Чтобы транспортный везикула точно подвергся слиянию, он должен сначала распознать правильную целевую мембрану, а затем слиться с этой мембраной.
Rab-белки на поверхности транспортного пузырька отвечают за выравнивание с комплементарными связывающими белками, обнаруженными на цитозольной поверхности соответствующей органеллы. [3] Это событие слияния позволяет доставлять содержимое везикул опосредованно белками, такими как белки SNARE . SNAREs представляют собой небольшие белки, закрепленные на хвосте, которые часто посттрансляционно встраиваются в мембраны и отвечают за событие слияния, необходимое для транспортировки везикул между органеллами в цитозоле. Существует две формы SNARES: t-SNARE и v-SNARE, которые соединяются друг с другом подобно замку и ключу. t-SNARE функционируют путем связывания с мембранами органелл-мишеней, тогда как v-SNARE действуют путем связывания с мембранами везикул.
Роль эндоцитоза
[ редактировать ]Внутриклеточный транспорт — это всеобъемлющая категория того, как клетки получают питательные вещества и сигналы. Одна очень хорошо изученная форма внутриклеточного транспорта известна как эндоцитоз . Эндоцитоз определяется как поглощение материала путем инвагинации плазматической мембраны. [4] Более конкретно, эукариотические клетки используют эндоцитоз для поглощения питательных веществ, подавления рецепторов факторов роста и в качестве массового регулятора сигнальной цепи. Этот метод транспорта в основном является межклеточным, а не поглощением крупных частиц, таких как бактерии, посредством фагоцитоза, при котором клетка поглощает твердую частицу с образованием внутреннего пузырька, называемого фагосомой. Однако многие из этих процессов имеют внутриклеточный компонент. Фагоцитоз имеет большое значение для внутриклеточного транспорта, поскольку, как только вещество считается вредным и попадает в везикулу, оно может быть перенесено в подходящее место для разложения. Эти эндоцитированные молекулы сортируются в ранние эндосомы внутри клетки, что служит для дальнейшей сортировки этих веществ по правильному конечному пункту назначения (точно так же, как это делает аппарат Гольджи в секреторном пути). Отсюда ранняя эндосома запускает каскад транспорта, в котором груз в конечном итоге гидролизуется внутри лизосомы для деградации. Эта возможность необходима для деградации любого груза, вредного или ненужного для клетки; это обычно наблюдается в ответ на посторонний материал. Фагоцитоз выполняет иммунологическую функцию и роль в апоптоз . Кроме того, эндоцитоз можно наблюдать посредством неспецифической интернализации капель жидкости посредством пиноцитоза и рецептор-опосредованного эндоцитоза .
Роль микротрубочек
[ редактировать ]
Механизм транспортировки зависит от перемещаемого материала. Внутриклеточный транспорт, требующий быстрого движения, будет использовать актин-миозиновый механизм, в то время как более специализированные функции требуют для транспорта микротрубочек. [5] Микротрубочки функционируют как пути внутриклеточного транспорта мембраносвязанных везикул и органелл. Этот процесс приводится в движение моторными белками, такими как динеин . Моторные белки соединяют транспортные пузырьки с микротрубочками и актиновыми нитями, облегчая внутриклеточное движение. [1] Микротрубочки устроены таким образом, что их плюсовые концы проходят через периферию клеток, а минусовые концы закрепляются внутри центросомы, поэтому они используют моторные белки кинезин (направленный положительным концом) и динеин (направленный отрицательным концом) для транспортировки везикул. и органеллы в противоположных направлениях через цитоплазму. [6] Каждый тип мембранных пузырьков специфически связан со своим собственным моторным белком кинезина посредством связывания внутри хвостового домена. Одна из основных ролей микротрубочек — транспорт мембранных везикул и органелл через цитоплазму эукариотических клеток. Предполагается, что области внутри клетки, считающиеся «бедными микротрубочками», вероятно, транспортируются по микрофиламентам с помощью моторного белка миозина . Таким образом, микротрубочки способствуют транспортировке хромосом к полюсам веретена , используя динеиновые моторные белки во время анафазы .
Болезни
[ редактировать ]Понимая компоненты и механизмы внутриклеточного транспорта, можно увидеть его значение при заболеваниях. Дефекты включают неправильную сортировку груза на транспортные носители, отпочкование везикул, проблемы с движением везикул по цитоскелетным путям и слияние на целевой мембране. Поскольку жизненный цикл клетки является строго регулируемым и важным процессом, если какой-либо компонент выходит из строя, существует вероятность пагубных последствий. Если клетка неспособна правильно выполнять компоненты внутриклеточного пути, существует неизбежная возможность формирования белковых агрегатов. Все больше данных подтверждает концепцию о том, что дефицит аксонального транспорта способствует патогенезу множественных нейродегенеративных заболеваний. Предполагается, что агрегации белков из-за нарушения транспорта являются основной причиной развития БАС , болезни Альцгеймера и деменции . [7]
С другой стороны, воздействие на процессы внутриклеточного транспорта этих моторных белков открывает возможность фармакологического нацеливания лекарств. Понимая метод, с помощью которого вещества движутся по нейронам или микротрубочкам, можно воздействовать на определенные пути развития заболеваний. В настоящее время многие фармацевтические компании стремятся использовать механизмы внутриклеточного транспорта для доставки лекарств в локализованные области и клетки-мишени, не повреждая здоровые соседние клетки. Потенциал этого типа лечения противораковыми препаратами является захватывающей и многообещающей областью исследований.
См. также
[ редактировать ]- Транспорт с помощью многомоторных белков
- Кинезин
- Адаптерный белок
- Глотание
- Динактин
- МКОЛН2
- KIF6 , KIF5A , участвуют во внутриклеточном транспорте органелл.
- ЦОГ2 , ЦОГ4 , ЦОГ5 , ЦОГ7
- Белок-носитель стеролов
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Барлан К., Гельфанд В.И. (май 2017 г.). «Транспорт на основе микротрубочек, распределение, привязка и организация органелл» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 9 (5): а025817. doi : 10.1101/cshperspect.a025817 . ПМЦ 5411697 . ПМИД 28461574 .
- ^ Меллман I, Нельсон У.Дж. (ноябрь 2008 г.). «Координированная сортировка, нацеливание и распределение белков в поляризованных клетках» . Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 9 (11): 833–45. дои : 10.1038/nrm2525 . ПМЦ 3369829 . ПМИД 18946473 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Альбертс, Брюс (ноябрь 2018 г.). Основная клеточная биология (Пятое изд.). Нью-Йорк. ISBN 978-0-393-67953-3 . OCLC 1048014962 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Лодиш Х.Ф., Берк А., Зипурски С.Л., Мацудайра П., Балтимор Д., Дарнелл Дж. (2000). Молекулярно-клеточная биология (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3136-8 .
- ^ Гейтманн А, Небенфюр А (октябрь 2015 г.). Козьминский К.Г. (ред.). «Навигация по растительной клетке: внутриклеточная транспортная логистика в зеленом царстве» . Молекулярная биология клетки . 26 (19): 3373–8. дои : 10.1091/mbc.E14-10-1482 . ПМЦ 4591683 . ПМИД 26416952 .
- ^ Клетка: молекулярный подход .
- ^ Шевалье-Ларсен Э., Хольцбаур Э.Л. (2006). «Аксональный транспорт и нейродегенеративные заболевания». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярные основы болезней . 1762 (11–12): 1094–108. дои : 10.1016/j.bbadis.2006.04.002 . ПМИД 16730956 .