WikiDer > Внутриклеточный транспорт

Intracellular transport

Внутриклеточный транспорт это движение пузырьки и вещества в составе клетка. Внутриклеточный транспорт необходим для поддержания гомеостаз внутри клетки, отвечая на физиологические сигналы.[1] Белки, синтезируемые в цитозоле, распределяются по соответствующим органеллам в соответствии с их последовательностью сортировки конкретных аминокислот.[2] Эукариотические клетки транспортировать пакеты компонентов к определенным внутриклеточным местоположениям, прикрепляя их к молекулярные моторы которые тянут их с собой микротрубочки и актин нити. Поскольку внутриклеточный транспорт в значительной степени зависит от движения микротрубочек, компоненты цитоскелет играют жизненно важную роль в перемещении везикул между органеллами и плазматической мембраной, обеспечивая механическую поддержку. Посредством этого пути можно облегчить движение важных молекул, таких как мембранные везикулы и органеллы, мРНК, и хромосомы.

Внутриклеточный транспорт между аппарат Гольджи и эндоплазматический ретикулум

Внутриклеточный транспорт уникален для эукариотических клеток, потому что они обладают органеллами, заключенными в мембраны, которые должны быть опосредованы для обмена грузами.[3] И наоборот, в прокариотический клеток, нет необходимости в этом специализированном транспортном механизме, потому что нет мембранных органелл и компартментов, между которыми можно перемещаться. Прокариоты могут существовать, позволяя материалам проникать в клетку через простые распространение. Внутриклеточный транспорт более специализирован, чем диффузия; это многогранный процесс, в котором используются транспортные везикулы. Транспортные везикулы - это небольшие структуры внутри клетки, состоящие из жидкости, окруженной липидный бислой это трюмный груз. Эти везикулы обычно выполняют загрузку груза и отпочкование везикул, транспорт везикул, связывание везикул с мембраной-мишенью и слияние мембран везикул с мембраной-мишенью. Чтобы эти везикулы двигались в правильном направлении, а также для дальнейшей организации клетки, специальные моторные белки прикрепляются к везикулам, заполненным грузом, и переносят их по цитоскелету. Например, они должны гарантировать, что лизосомный ферменты переносятся именно в аппарат Гольджи а не в другую часть клетки, которая может привести к пагубным последствиям.

Слияние

Небольшие мембраносвязанные везикулы, ответственные за транспортировку белков от одной органеллы к другой, обычно обнаруживаются в эндоцитах и ​​клетках. секреторные пути. Везикулы отрастают свою донорскую органеллу и высвобождают содержимое своих везикул в результате слияния в определенной органелле-мишени.[4]:634 Эндоплазматический ретикулум служит каналом, по которому белки будут проходить в направлении своего конечного пункта назначения.[3] Белки, исходящие из эндоплазматического ретикулума, отойдут в транспортные пузырьки, которые перемещаются по клеточная кора чтобы добраться до их конкретных пунктов назначения.[3] Поскольку ER является местом синтеза белка, он будет служить родительской органеллой, а цис-грань гольджи, где принимаются белки и сигналы, будет акцептором. Для того, чтобы транспортная везикула точно претерпела событие слияния, она должна сначала распознать правильную мембрану-мишень, а затем слиться с этой мембраной.

Rab белки на поверхности транспортной везикулы несут ответственность за выравнивание с комплементарными связывающими белками, обнаруженными на цитозольной поверхности соответствующей органеллы.[3] Это событие слияния позволяет доставить содержимое везикул, опосредованное белками, такими как SNARE белки. SNAREs представляют собой небольшие, закрепленные на хвосте белки, которые часто посттрансляционно вставляются в мембраны, которые ответственны за событие слияния, необходимое для везикул для транспорта между органеллами в цитозоле. Есть две формы SNARE, t-SNARE и v-SNARE, которые подходят друг к другу подобно замку и ключу.

Роль эндоцитоза

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 инвагинацией плазматической мембраны.[4] Более конкретно, эукариотические клетки используют эндоцитоз поглощения питательных веществ, понижающую регуляцию рецепторов фактора роста и в качестве регулятора массы сигнальной цепи. Этот метод транспорта в основном межклеточный, вместо поглощения крупных частиц, таких как бактерии, посредством фагоцитоза, при котором клетка поглощает твердую частицу с образованием внутренней везикулы, называемой фагосомой. Однако многие из этих процессов имеют внутриклеточный компонент.Фагоцитоз имеет большое значение для внутриклеточного транспорта, потому что, как только вещество считается вредным и попадает в везикулу, оно может быть доставлено в подходящее место для разложения. Эти эндоцитированные молекулы сортируются в ранние эндосомы внутри клетки, что служит для дальнейшей сортировки этих веществ до правильного конечного пункта назначения (так же, как Гольджи в секреторном пути). Отсюда ранняя эндосома запускает каскад транспорта, где груз в конечном итоге гидролизуется внутри лизосомы для деградации. Эта способность необходима для разложения любого груза, который является вредным или ненужным для ячейки; это обычно наблюдается при попадании постороннего материала. Фагоцитоз имеет иммунологическую функцию и роль в апоптоз. Кроме того, эндоцитоз может наблюдаться через неспецифическую интернализацию капель жидкости через пиноцитоз И в рецептор-опосредованного эндоцитоза.

Роль микротрубочек

Цитоплазматический динеиновый мотор, связанный с микротрубочкой.
Молекула кинезина, связанная с микротрубочкой.

Транспортный механизм 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 треки во внутриклеточном транспорте мембраносвязанных везикул и органелл. Этот процесс запускается моторными белками, такими как динеин. Моторные белки соединяют транспортные везикулы с микротрубочками и актиновыми филаментами для облегчения внутриклеточного движения.[1] Микротрубочки организованы таким образом, что их положительные концы проходят через периферию клеток, а их отрицательные концы закрепляются внутри центросомы, поэтому они используют моторные белки. кинезин(Положительный конец направлен) и динеин(Направленный отрицательный конец) для транспортировки везикул и органелл в противоположных направлениях через цитоплазму.[6] Каждый тип мембранных везикул специфически связывается со своим собственным моторным белком кинезина посредством связывания в хвостовом домене. Одна из основных ролей микротрубочек - транспортировать мембранные везикулы и органеллы через цитоплазму эукариотических клеток. Предполагается, что области внутри клетки, считающиеся «бедными микротрубочками», вероятно, транспортируются по микрофиламентам с помощью миозин моторный белок. Таким образом, микротрубочки помогают транспортировать хромосомы к полюса шпинделя за счет использования моторных белков динеина во время анафаза.

Болезни

Понимая компоненты и механизмы внутриклеточного транспорта, можно увидеть его значение в заболеваниях. Дефекты включают в себя неправильную сортировку груза по транспортным носителям, отрастание пузырьков, проблемы с движением пузырьков по цитоскелетным путям и слияние на мембране-мишени. Поскольку жизненный цикл клетки - это строго регулируемый и важный процесс, если какой-либо компонент выходит из строя, существует вероятность пагубных последствий. Если клетка неспособна правильно выполнять компоненты внутриклеточного пути, существует неминуемая возможность образования агрегатов белка. Все больше данных подтверждают концепцию, согласно которой дефицит аксонального транспорта способствует патогенезу множественных нейродегенеративных заболеваний. Предполагается, что агрегация белков из-за неправильного транспорта является ведущей причиной развития ALS, Болезнь Альцгеймера и слабоумие.[7]

С другой стороны, нацеливание на процессы внутриклеточного транспорта этих моторных белков представляет собой возможность фармакологического нацеливания лекарств. Понимая метод, при котором вещества перемещаются по нейронам или микротрубочкам, можно нацелить определенные пути распространения болезни. В настоящее время многие фармацевтические компании стремятся использовать траекторию внутриклеточных транспортных механизмов для доставки лекарств в локализованные области и клетки-мишени без вреда для здоровых соседних клеток. Возможности этого типа лечения с помощью противораковых препаратов - захватывающая и многообещающая область исследований.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Барлан К., Гельфанд В.И. (май 2017 г.). «Транспорт на основе микротрубочек и распределение, связывание и организация органелл». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии. 9 (5): a025817. Дои:10.1101 / cshperspect.a025817. ЧВК 5411697. PMID 28461574.
  2. ^ Меллман I, Нельсон WJ (ноябрь 2008 г.). «Координированная сортировка, нацеливание и распределение белков в поляризованных клетках». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология. 9 (11): 833–45. Дои:10.1038 / nrm2525. ЧВК 3369829. PMID 18946473.
  3. ^ а б c d Альбертс, Брюс (ноябрь 2018 г.). Основная клеточная биология (Пятое изд.). Нью-Йорк. ISBN 978-0-393-67953-3. OCLC 1048014962.
  4. ^ а б Лодиш Х.Ф., Берк А., Зипурски С.Л., Мацудаира П., Балтимор Д., Дарнелл Дж. (2000). Молекулярная клеточная биология (4-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Фримен. ISBN 978-0-7167-3136-8.
  5. ^ Гайтманн 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. ЧВК 4591683. PMID 26416952.
  6. ^ Клетка: молекулярный подход.
  7. ^ Шевалье-Ларсен Э., Хольцбаур Э.Л. (2006). «Аксональный транспорт и нейродегенеративные заболевания». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная основа болезни. 1762 (11–12): 1094–108. Дои:10.1016 / j.bbadis.2006.04.002. PMID 16730956.