Везикулярный транспорт

Эукариотты жасушалардың кұрделі құрылымы жасуша ішілік везикулярлы тасымалданудың күрделі механизмін талап етеді. Жанадан анықталған көптеген зерттеулер осындай қызметі жағынан маңызды процесстер эндоцитоз бен экзоцитоздың эволюция барысында саңырауқұлақтар жасаушасында және де гиппокамп нейрондарында да өздерінің қызметерін сақтайды. Эндоцитоз тәрізді плазматикалық мембрана беткейіндегі рецепторлы лигандылар комплексі, сонымен қатар эндоплазмалық ретикулумнан синтезделетін секреторлы ақуыздардың тасымалы везикулаларда жүреді.

Тасымалдаушы везикулалар донорлы мембранада түзіледі де жасушаішілік тасымалдау қызметін атқарған соң акцепторлы мембранамен қосылады. Арнайы мамандырылған цитоплазма ақуыздары жаңадан түзілген везикулаларды жабындайды. Қазіргі  кездегі соңғы зерттеулерге сүйенсек, тасымалдаушы везикулалардың құрылуы везикуламен тасымалданатын ақуызбен, трансмембраналық рецептормен байланысқаннан соң ғана жүреді. Байланысқан рецептордың құрылымының өзгеруі тасымалдаушы везикуланың пайда болуын белсендіретін цитоплазмалық ақуыздармен танылады.

 

Жасушада ақуыздың тасымалдану жолдары

 

Ақуыз синтезі әркашан да цитоплазмада басталады. Синтездің аяқталуы цитоплазмада немесе түйіршікті эндоплазмалық торда жүреді.

Шартты түрде жасушада ақуыздың тасымалының екі жолын бөліп қарастырамыз:

1. Цитоплазмадан кейбір органеллаларға (ядро, пластидалар, митохондрий );
2. тЭПТ-дан Гольджи кешеніне, одан басқа органеллаларға, тасымалданатын үлкен везикулярлы жол, яғни (лизосомалар, пероксисомалар), секреторлы везикулалар арқылы жасушадан тыс ортаға тасымалдануы.

Барлық ақуыздардың синтезі цитоплазмада басталса да, әрбір ақуыздың соңғы орналасуы әр түрлі болуы мүмкін, яғни оның тасымалдану жолын анықтайтын сигналдар жүйесі болады.

Біріншілікті сигнал цитоплазмадан шығатын жолды (тЭПТ, ядроға, митохондрияға немесе пластидаға), ал екіншілікті жол одан әрі қарайғы тасымалдану жолын бақылайды. Мысалы, митохондриянның сыртқы немесе ішкі мембранасына, лизосомаға, пероксисома немесе секреторлы түйіршіктерге.

 

Митохондрий және пластидаларға тасымалдану

 

Митохондриямен пластидалардың өздерінің жеке ДНҚ болады және олар кейбір ақуыздарды өздері синтездейді. Бірақ, митохондрия мен пластидалардың көптеген ақуыздары цитозольде  синтезделеді. Митохондрияға енетін ақуыздар локализациясын анықтайтын сигналды алып жүреді.

Матрикске арналған ақуыздар N-аяқшасының соңында сыртқы мембрананың рецепторларымен танылатны сигналды тасымалдайды.

Бүл рецептор ақуызды бұрып оны мембранаға бағыттайтын ақуыз тасымалдаушы кешенмен байланысады. Ақуыз тасымалданғаннан соң сигналды жүйе үзіліп, ақуыз кері бұрылады.

Шаперон ақуыздары жағадан синтезделген ақуызбен байланысқа түседі.

Ал шаперониндер ақуызбен тасымалданып болғаннан соң ғана оның кері дұрыс бағытта бұрылуын қамтамасыз ете отырып, орналасқан жерінде байланысады.

Түрлі стресстік жағдайларға (мысалы, дене қызыуының жоғарылауы) жауап ретінде жасушалық ақуыздарды тұрақтандыратын жылу ақуыздары деп аталатын шаперондар синтезделеді.

Бұл шаперондар эукариоттар мен бактериялардың жасушалық құрылымдарында анықталған.

 

Везикулярлы тасымалданудың сызбанұсқасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бір органелладан екіншісіне тасымалдану процесі везикулада немесе оның беткейінде интегральді ақуыздар түрінде тасымалданады.

Донорлы компартмент – везикула құрамына енген мембрана бөлініп шығатын органелла.

Акцепторлы компартмент- везикуланы қабылдайды.

Конститутивті секреция- үнемі тұрақты қызмет етеді және сыртқы сигналдарға тәуелсіз.

 

 

 

Реттелуші секреция- сыртқы сигналдардың – гормондардың, жүйкенің қатысуымен плазматикалық мембранамен қосылатын, көпіршіктердің жинақталуы.

Ретроградты тасымалдану - Гольджи кешенінен эндоплазмалық торға липидтер мен рецепторлы ақуыздардың қайта оралуы.

Антероградты тасымалдану – ерігіш ақуыздар мынадай секреторлық жолдармен жылжиды:

• Эндоплазмалық тор             көпіршік
• Цис                Гольджи кешені
• Транс              Гольджи кешені
• Органелла немесе секреция

    Везикулалар – ақуыздармен жабылған, кодты анықтап, арнайы мамандырылған мембраналық ақуыздарды концентрациялайды және көпіршік мембранасын бөледі, везикулаға пішін береді.

  Клатринді везикулалар – 0,1 мкм болатын, Гольджи кешені мен плазматикалық мембрананың тасымалдаушысы. Клатринді қабықтары мембрананың иілуіне мықты түрек болады.

СОР- І – ГА            ЭПТ тасымалдану, 8 суббірліктен тұрады;

GTP – белок – АДФ – тасымалын жүзеге асыратын фактор;

СОР – ІІ – ГА                       Эндоплазмалық ретикулум бағытындағы тасымал;

GTP – азацитозольде белсенсіз күйде сақталады;

Ақуызды құрылымдар:

Rab1                     ЭПТ                         және                                   ГА

 

Rab2                                                                                                  Цис- ГА

 

Rab3А      синапстык       везикулалар,    түйіршіктер                  секреті       

                               

Rab4                                                 ерте                                       эндосомалар

 

Rab5А                 ПМ,                           клатринді                         везикулалар

 

Rab5С                                               ерте                                       эндосомалар

 

Rab6                аралық      -           және                                     транс – ГА

 

Rab7                                                   кеш                                        эндосомалар

 

Rab8          секреторлы                    везикулалар                    (базолатеральды)

 

Rab9                            кеш               эндосомалар,                      транс – ГА

 

 

Ақуыздар іріктелуі

 

Акуыздардың биосинтезі бос рибосомалар жүреді, бірақ одан әрі қарай ақуыздардың түрлі атқаратын кызметіне байланысты таралып кетеді:

• Эндоплазмалық торға сигналды пептидті алып жүретін ақуыздар – секреторлы жол арқылы шығарылады;
• Ал, осындай сигналы жо ақуыздар тасымалы цитоплазмалық жолмен жүзеге асырылады.

 

Секреторлы жол

 

Сигналды ақуыздарды синтездеп шығаратын рибосомалар эндоплазмалық  тордың мембранасымен байланысқан. Өсіп келе жатқан пептиді тізбек мембрана арқылы тЭПТ – дың қуысына бағытталады. Одан әрі қарай локализациясы сәйкес сигналды пептидке немесе сигналды аймаққа байланысты болады. Өсу тізбегінде арнайы стоп – сигналды құрылым бар ақуыздар тЭПТ – дың мембранасында интегральді ақууыздар ретінде қалып отырады. Везикулярлы тасымалдану механизмі бойынша олар тЭПТ – дан басқа органеллаларға тасымалдануы мүмкін.

 

 

тЭПТ – дың қуысына түскен ақуыздар қарапайым жолмен Гольджи кешеніне және одан әрі қарай плазмалық мембранаға тасымалданады. тЭПТ - да қалған ақуыздар, мысалы , ақуыздар модификациясының ферменттері Гольджи кешенінен тЭПТ-ға қайтымды арқасында оралады. Ал, басқа ақуыздар Гольджи кешенінен лизисомаларға немесе плазмалық мембранаға (интегральды мембраналық ақуыздар немесе конститутивті экзоцитоз өнімдері ретінде) түседі, немесе секреторлы везикулалар көмегімен жасуша аралық кеністікке түседі (реттеуші экзоцитоз).

 

Цитоплазмалық жол

 

тЭПТ – ға сигналды пептиді жоқ ақуыздар цитоплазмада бос рибосомаларда синтезделеді және жасушаның осы бөлімінде қалып отырады.

Ал келесі бөлімдерге ядро, митохондрий немесе пероксисомаларға тасымалдану үшін арнайы сигналды пептидтер болуы қажет.

Көбінесе цитозольден босап шығатын сәттен бастап ақуыздын өзіне сәйкес органелласына барып түсуі бір немесе екі минутты алады.  Ядро, митохондрия немесе пероксисомаларға бағытталған ақуыздар сәйкес органелласына жеткенде тасымалдану жолын аяқтайды, сонымен қатар эндоплазмалық торға түсетін ақуыздар бір мембранадан үзіліп шығып келесі мембранаға бекинетін тасымалдау көпіршіктерінің көмегімен әрі қарай жолын жалғастырады.

Мұндай циклдердің соңғы нүктесіне жету үшін эндоплазмалық тор мембранасынан бастап локализациясына дейін бір сағат көлемінде уақытты қажет етеді.

Бір компартменттен келесі компартментке ауысыу үшін ақуыздар екі жолымен тасымалданады:

1. Бұл ақуыздардың мембрана рақылы цитозольге немесе сыртқы кеністікке шығуға алуын қамтамасыз ететін жол.
2. Ақуыз молекуларының жылжуы тасымалдау көпіршіктерімен жүзеге асырылады. Бұл көпіршіктер бір компартмент қуысындағы арнайы молекулаларды келесі  компартментпен жанаса отырып, тасымалдайды.

Ерігіш ақуыздардың эндоплазмалық тордан Гольджи аппаратына тасымалдануы осы жолмен жүзеге асырылады.

Мұндай везикулярлы тасымалдану жолында ақуыздар ешқандай мембранамен қиылыспай, тек компартменттер аралығында ғана отырамыз.

Тасымалдау процесінің екі түрі іріктеу сигналдарының кызметін атқаратын арнайы ақуыздар арқылы бақыланады. Ақуыздар құрамындағы кейбір іріктеу сигналдары жоқ.

Жасушаның қозуы, ондағы АТФ – тің синтезі, иондық құрамы мен судың мөлшері биологияның мембрана арқылы зат тасымалдау процесімен тығыз байланысты. Зат тасымалдау жылдамдығының өзгерісі биоэнергетикалық процестерді, су, тұз алмасуын, жасушаның қозуын өзгертеді. Оны қалпына келтіру үшін көптеген дәрі – дәрмек колданылады.

 

Биологиялық мембраналар арқылы зат тасымалдаудың екі түрі бар:

1. Пассивті
2. Активті

 

Пассивті тасымалдануда жасушадағы заттың таралымы (концентрациясы) көп орыннан таралымы аз орынға қарай ал электролиттерде электр өрісінің потенциалының мәні  жоғары орыннан потенциалы төмен орынға қарай  бір бағытта жүреді.

Белсенді тасымалдауда заттың таралымы аз орыннан таралымы көп орынға қарай, яғни сол зат электр потенциалдары төменгі мәндегі орыннаң жоғарғы мәндегі орынға қарай тасымалданады.

Жасушаның екі жағындағы зат таралымының өзгерісі енжар тасымалдадың негізгі механизмі болады да,  ол диффузия құбылысымен түсіндіріледі.

Диффузия деп - молекулалардың  хаостық жылулық козғалысының әсерінен заттың таралымы көп орыннан таралымы аз орынға қарай өздігінен өтуін айтады. Егер дифузияланатын заттың молекулалары басқа молекулалармен кешен жасамай козғалса, ондай диффузияны қарапайым диффузия дейді. Одан басқа  женілденген және қарапайым диффузиясы бар.

Глюкозаның, глицериннің, амин кышкылының және т.б. заттардың молекулаларының таралымы белгілі бір шамаға  жеткенде олардың жасушаға қарай өту жылдамдығы  қарапайым  диффузияға қарағанда үлкен болады.  Бұдан осы диффузия қарапайым  емес, женілденген диффузия болатынын байкау қиын емес. Женілденген диффузия тасымалдағыш  молекулалардың қатысуымен жүзеге асырылады. Мембрананың ішкі және сыртқы қабатарында зат молекулаларының таралуы теңескен кезде зат тасымалдану процесі тоқтайды.

Женілденген диффузия қозғалыстағы тасымалдағыш молекулалардың әсерінен ғана емес,  сол сияқты «жылжымайтын» молекулалардың әсерінен де болады. Тасымалдағыштар мембрананың ішінде саңылау жасай жайылады. Тасымалданатын заттың бір молекуласы бір орыннан екінші орынға қарай сатылай қозғалады.

Женілденген диффузияның бір түрі – алмасу диффузиясы. Алмасу диффузиясында қосалқы зат  диффузияланатын затпен қосылып мембрананың екінші бетіне қарай өтеді. Екінші бетке келгенде тасымалданатын зат босайды, оның орнына сол заттың басқа молекуласы қосылып кері қарай тасымалданады. Сонымен заттың тасымалдануы  тұйықталған болып, мембрананың бетіндегі молекулалардың таралымы өзгермейді.