Branduolinės poros yra viena iš svarbiausių tarpląstelinių komponentų, nes jos dalyvauja molekuliniame transporte. Nepaisant biologinių tyrimų pažangos, ne visi su šiomis struktūromis susiję klausimai buvo iki galo išnagrinėti. Kai kurie mokslininkai mano, kad branduolinių porų kompleksas gali būti priskirtas ląstelių organelėms pagal funkcijų reikšmę ir struktūrinį sudėtingumą.
Branduolinis apvalkalas
Būdingas eukariotinių ląstelių bruožas yra branduolys, kurį supa membrana, skirianti jį nuo citoplazmos. Membrana susideda iš dviejų sluoksnių – vidinio ir išorinio, tarpusavyje sujungtų daugybe porų.
Branduolinio apvalkalo reikšmė labai didelė – leidžia atriboti b altymų sintezės ir nukleorūgščių, reikalingų genų funkcinei veiklai reguliuoti, procesus. Membrana kontroliuoja medžiagų transportavimo procesą į vidų, į citoplazmą ir atvirkščiai. Tai taip pat yra skeleto struktūra, kuri palaiko branduolio formą.
Tarp išorinės ir vidinės membranos yra perinuklearinė erdvė, kurios plotis yra 20–40 nm. Išoriškai atrodo branduolinis apvalkalasdvisluoksnis maišelis. Porų buvimas jo struktūroje yra reikšmingas skirtumas tarp šios struktūros ir panašių, esančių mitochondrijose ir plastidėse.
Branduolinių porų struktūra
Kanalai yra maždaug 100 nm skersmens perforacijos, einančios per visą branduolio apvalkalą. Skerspjūviu jiems būdinga aštuntos eilės simetrijos daugiakampio forma. Medžiagai pralaidus kanalas yra centre. Jis užpildytas sudėtingai organizuotomis rutulinėmis (ritės pavidalo) ir fibrilinėmis (susukto sriegio pavidalo) struktūromis, kurios sudaro centrinę granulę - „kamštį“(arba transporterį). Žemiau esančiame paveikslėlyje galite aiškiai ištirti, kas yra branduolio pora.
Šių konstrukcijų mikroskopinis tyrimas rodo, kad jos turi žiedinę struktūrą. Fibrilinės ataugos tęsiasi tiek į išorę, į citoplazmą, tiek į vidų, link branduolio (gijų). Pastarieji sudaro savotišką krepšelį (užsienio literatūroje vadinamą „krepšeliu“). Pasyviojoje poroje pintinės fibrilės uždaro kanalą, o aktyvioje poroje suformuoja papildomą apie 50 nm skersmens darinį. Žiedą citoplazmos šone sudaro 8 granulės, tarpusavyje sujungtos kaip karoliukai ant virvelės.
Šių perforacijų branduolio apvalkale visuma vadinama branduolinių porų kompleksu. Taigi biologai pabrėžia ryšį tarp atskirų skylių, veikiančių kaip vienas gerai suderintas mechanizmas.
Išorinis žiedas prijungtas prie centrinio konvejerio. Apatiniai eukariotai (kerpės ir kiti) neturi citoplazmosir nukleoplazminiai žiedai.
Struktūros ypatybės
Branduolinių porų struktūra ir funkcijos pasižymi šiomis savybėmis:
- Kanalai yra daugybė maždaug 30–50 nukleoporinų kopijų (iš viso apie 1000 b altymų).
- Kompleksų masė svyruoja nuo 44 MDa žemesniuose eukariotuose iki 125 MDa stuburiniuose.
- Visuose organizmuose (žmonių, paukščių, roplių ir kitų gyvūnų) visose ląstelėse šios struktūros yra išsidėsčiusios panašiai, tai yra, porų kompleksai yra griežtai konservatyvi sistema.
- Branduolinių kompleksų komponentai turi subvienetinę struktūrą, dėl kurios jie turi didelį plastiškumą.
- Centrinio kanalo skersmuo svyruoja tarp 10–26 nm, o porų komplekso aukštis yra apie 75 nm.
Branduolinių porų dalys, esančios toli nuo centro, nėra simetriškos. Mokslininkai tai sieja su įvairiais transportavimo funkcijos reguliavimo mechanizmais pradinėse ląstelių vystymosi stadijose. Taip pat daroma prielaida, kad visos poros yra universalios struktūros ir užtikrina molekulių judėjimą tiek į citoplazmą, tiek priešinga kryptimi. Branduolinių porų kompleksų yra ir kituose membraną turinčiuose ląstelių komponentuose, tačiau retesniais atvejais (tinkliniame tinklelyje, apaugusiose citoplazminėse membranose).
Porų skaičius
Pagrindinis veiksnys, lemiantis branduolio porų skaičių, yra metabolinis aktyvumas ląstelėje (kuo jis didesnis, tuo daugiaukanalėlių skaičius). Jų koncentracija membranos storyje skirtingais ląstelių funkcinės būklės laikotarpiais gali keistis kelis kartus. Pirmasis porų skaičiaus padidėjimas atsiranda po dalijimosi – mitozės (branduolių rekonstrukcijos metu), o vėliau – DNR augimo laikotarpiu.
Įvairių rūšių gyvūnų skaičius skiriasi. Tai taip pat priklauso nuo to, kur buvo paimtas mėginys. Taigi žmogaus audinių kultūroje yra apie 11 vnt/µm2, o nesubrendusioje ksenopusės varlės kiaušinėlio ląstelėje - 51 vnt/µm2. Vidutiniškai jų tankis svyruoja tarp 13-30 vienetų/µm2.
Branduolinių porų pasiskirstymas apvalkalo paviršiuje yra beveik vienodas, tačiau tose vietose, kur chromosomų medžiaga artėja prie membranos, jų koncentracija smarkiai sumažėja. Apatiniai eukariotai neturi standaus fibrilinio tinklo po branduoline membrana, todėl poros gali judėti palei branduolio membraną, o jų tankis įvairiose srityse labai skiriasi.
Funkcijos
Pagrindinė branduolinių porų komplekso funkcija yra pasyvus (difuzija) ir aktyvus (reikalaujantis energijos sąnaudų) molekulių pernešimas per membraną, tai yra medžiagų apykaita tarp ląstelės branduolio ir citoplazmos. Šis procesas yra gyvybiškai svarbus ir jį valdo trys sistemos, kurios nuolat sąveikauja viena su kita:
- Biologiškai aktyvių medžiagų-reguliatorių kompleksas branduolyje ir citoplazmoje - importinas α ir β, Ran-b altymas, guanozino trifosfatas (purino nukleotidas) ir kiti inhibitoriai bei aktyvatoriai;
- nukleoporinai;
- akytojo branduolinio komplekso struktūriniai komponentai, galintys keisti savo formą ir užtikrinti medžiagų perdavimą reikiama kryptimi.
Branduolių funkcionavimui būtini b altymai per branduolio poras patenka iš citoplazmos, o įvairios RNR formos išsiskiria priešinga kryptimi. Porų kompleksas ne tik atlieka grynai mechaninį transportavimą, bet ir tarnauja kaip rūšiuotojas, „atpažįstantis“tam tikras molekules.
Pasyvus perdavimas vyksta toms medžiagoms, kurių molekulinė masė yra maža (ne daugiau kaip 5∙103 Taip). Į branduolį laisvai patenka tokios medžiagos kaip jonai, cukrūs, hormonai, nukleotidai, adenozino trifosforo rūgštis, kurios dalyvauja energijos mainuose. Didžiausias b altymų, galinčių prasiskverbti per poras į branduolį, dydis yra 3,5 nm.
Dukrinės DNR molekulės sintezės metu medžiagų pernešimas pasiekia aktyvumo piką – 100-500 molekulių per 1 branduolio porą per 1 minutę.
Porų b altymai
Kanalo elementai yra b altyminio pobūdžio. Šio komplekso b altymai vadinami nukleoporinais. Jie surenkami į maždaug 12 subkompleksų. Paprastai jie skirstomi į tris grupes:
- junginiai su specifinėmis pasikartojančiomis sekomis, atpažįstamomis pagal biocheminius veiksnius;
- neturi sekų;
- integralūs b altymai, esantys porą formuojančios membranos srityje arba pačioje poroje tarp branduolio apvalkalo sluoksnių.
Tyrimai parodė, kad nukleoporinai gali susidarytigana sudėtingų kompleksų, įskaitant iki 7 b altymų, taip pat tiesiogiai dalyvauja medžiagų pernešime. Kai kurie iš jų gali tiesiogiai prisijungti prie molekulių, judančių per branduolio poras.
Medžiagų eksportas į citoplazmą
Tos pačios poros gali dalyvauti ir pašalinant, ir importuojant medžiagas. Atvirkštinis RNR vertimas iš citoplazmos į branduolį nevyksta. Branduoliniai kompleksai atpažįsta ribonukleoproteinų pernešamus eksporto signalus (NES).
NES-signalizuojančių medžiagų seka yra sudėtingas aminorūgščių ir b altymų kompleksas, kuris, pašalintas iš branduolio į citoplazmą, disocijuoja (suyra į atskirus komponentus). Todėl panašios dalelės, dirbtinai įvestos į citoplazmą, atgal į branduolį neprasiskverbia.
Mitozės procesas
Ląstelių dalijimosi (mitozės) metu „išardomas“branduolinių porų kompleksas. Taigi kompleksai, kurių molekulinė masė yra 120 mDa, skyla į subkompleksus, kurių kiekvienas yra 1 mDa. Pasibaigus padalijimui, jie vėl surenkami. Šiuo atveju branduolinės poros juda ne atskirai, o masyvais. Tai vienas iš įrodymų, kad branduolinių porų kompleksas yra gerai koordinuota sistema.
Plyšusi membrana virsta burbulų spiečiumi, kuris supa pagrindinę sritį tarpfazių laikotarpiu. Metafazėje, kai chromosomos laikomos pusiaujo plokštumoje, šie elementai nustumiami į periferines ląstelės zonas. Anafazės pabaigoje šis klasteris pradeda liestis su chromosomomis ir prasideda augimas.branduolinės membranos užuomazgos.
Burbulai virsta vakuolėmis, kurios palaipsniui apgaubia chromosomas. Tada jie susilieja ir atitveria naują tarpfazinį branduolį nuo citoplazmos. Poros atsiranda jau labai ankstyvoje stadijoje, kai lukštai dar nėra užsidarę.
