Внутриклеточный транспорт - Intracellular transport

Внутриклеточный транспорт - это движение пузырьков и веществ внутри клетки . Внутриклеточный транспорт необходим для поддержания гомеостаза внутри клетки, отвечая на физиологические сигналы. Белки, синтезируемые в цитозоле, распределяются по соответствующим органеллам в соответствии с их последовательностью сортировки конкретных аминокислот. Эукариотические клетки транспортируют пакеты компонентов в определенные внутриклеточные места, прикрепляя их к молекулярным моторам, которые тянут их по микротрубочкам и актиновым филаментам. Поскольку внутриклеточный транспорт в значительной степени зависит от микротрубочек для движения, компоненты цитоскелета играют жизненно важную роль в перемещении везикул между органеллами и плазматической мембраной, обеспечивая механическую поддержку. Посредством этого пути можно облегчить движение основных молекул, таких как мембранно-связанные везикулы и органеллы, мРНК и хромосомы.

Внутриклеточный транспорт между аппаратом Гольджи и эндоплазматическим ретикулумом

Внутриклеточный транспорт уникален для эукариотических клеток, потому что они обладают органеллами, заключенными в мембраны, которые необходимо опосредовать для обмена грузами. Напротив, в прокариотических клетках нет необходимости в этом специализированном транспортном механизме, потому что нет мембранных органелл и компартментов для обмена между ними. Прокариоты могут существовать, позволяя материалам проникать в клетку посредством простой диффузии . Внутриклеточный транспорт более специализирован, чем диффузия; это многогранный процесс, в котором используются транспортные везикулы . Транспортные везикулы - это небольшие структуры внутри клетки, состоящие из жидкости, заключенной в липидный бислой, который удерживает груз. Эти везикулы обычно будут выполнять 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 и для дальнейшей организации клетки, специальные моторные белки прикрепляются к везикулам, заполненным грузом, и переносят их по цитоскелету. Например, они должны гарантировать, что лизосомальные ферменты переносятся именно в аппарат Гольджи, а не в другую часть клетки, что может привести к пагубным последствиям.

Слияние

Небольшие мембраносвязанные везикулы, ответственные за транспортировку белков от одной органеллы к другой, обычно обнаруживаются в эндоцитарных и секреторных путях . Везикулы отрастают свою донорскую органеллу и высвобождают содержимое своих пузырьков в результате слияния в определенной органелле-мишени. Эндоплазматический ретикулум служит каналом, по которому белки будут проходить в направлении своего конечного пункта назначения. Белки, исходящие из эндоплазматического ретикулума, отойдут в транспортные пузырьки, которые перемещаются по коре клетки, чтобы достичь своего определенного места назначения. Поскольку ER является местом синтеза белка, он будет служить родительской органеллой, а цис-грань гольджи, где принимаются белки и сигналы, будет акцептором. 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 ответственны за выравнивание с комплементарными связывающими белками, обнаруженными на цитозольной поверхности соответствующей органеллы. Это событие слияния позволяет доставить содержимое везикул, опосредованное белками, такими как белки SNARE . SNAREs представляют собой небольшие, закрепленные за хвостом 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. Более конкретно, эукариотические клетки используют эндоцитоз поглощения питательных веществ, понижающую регуляцию рецепторов факторов роста и в качестве регулятора массы сигнальной цепи. Этот метод транспорта в значительной степени 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 (таким же образом, как Гольджи в секреторном пути). Отсюда ранняя эндосома запускает каскад транспорта, в котором 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 играет иммунологическую функцию и играет роль в апоптозе . Кроме того, эндоцитоз можно наблюдать через неспецифическую интернализацию капель жидкости через пиноцитоз и рецепторно-опосредованный эндоцитоз .

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. 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. Микротрубочки организованы таким образом , их плюс концы проходят через периферию клеток и их минус концы закреплены в центросоме, поэтому они используют моторные белки кинезины «ы (положительный конец , направленный) и динеин «s (отрицательный конец , направленный) к транспортным везикулам и органеллы в противоположных направлениях через цитоплазму. 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 моторного белка миозина . Таким образом, микротрубочки помогают транспорту хромосом к полюсам веретена за счет использования моторных белков динеина во время анафазы .

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 перемещением 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. Растет количество данных, подтверждающих концепцию, согласно которой дефицит аксонального транспорта способствует патогенезу множественных нейродегенеративных заболеваний. Предполагается, что агрегация белков из-за неправильного транспорта является основной причиной развития БАС , болезни Альцгеймера и деменции .

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, не нанося вреда здоровым соседним клеткам. Возможности этого типа лечения с помощью противораковых препаратов - захватывающая и многообещающая область исследований.

Смотрите также

Рекомендации