Transport wewnątrzkomórkowy

Transport wewnątrzkomórkowy to ruch pęcherzyków i substancji w komórce . Transport wewnątrzkomórkowy jest wymagany do utrzymania homeostazy w komórce poprzez reagowanie na sygnały fizjologiczne. Białka syntetyzowane w cytozolu są rozprowadzane do odpowiednich organelli, zgodnie z sekwencją sortowania ich specyficznych aminokwasów. Komórki eukariotyczne transportują pakiety składników do określonych miejsc wewnątrzkomórkowych, przyczepiając je do silników molekularnych , które przenoszą je wzdłuż mikrotubul i aktyny włókna. Ponieważ transport wewnątrzkomórkowy w dużej mierze opiera się na ruchu mikrotubul, składniki cytoszkieletu odgrywają istotną rolę w przemieszczaniu pęcherzyków między organellami a błoną plazmatyczną, zapewniając wsparcie mechaniczne. Dzięki tej ścieżce możliwe jest ułatwienie ruchu niezbędnych cząsteczek, takich jak pęcherzyki i organelle otoczone błoną, mRNA i chromosomy.

Transport wewnątrzkomórkowy między aparatem Golgiego a retikulum endoplazmatycznym

Transport wewnątrzkomórkowy jest unikalny dla komórek eukariotycznych, ponieważ posiadają one organelle zamknięte w błonach, w których musi pośredniczyć wymiana ładunku. I odwrotnie, w prokariotycznych ten wyspecjalizowany mechanizm transportowy nie jest potrzebny, ponieważ nie ma błoniastych organelli ani przedziałów, między którymi mógłby się przemieszczać. Prokarionty są w stanie przetrwać, pozwalając materiałom dostać się do komórki poprzez prostą dyfuzję . Transport wewnątrzkomórkowy jest bardziej wyspecjalizowany niż dyfuzja; jest procesem wielopłaszczyznowym, wykorzystującym pęcherzyki transportowe . Pęcherzyki transportujące to małe struktury w komórce składające się z płynu otoczonego dwuwarstwą lipidową , która zawiera ładunek. Pęcherzyki te zazwyczaj wykonują ładowanie ładunku i pączkowanie pęcherzyków, transport pęcherzyków, wiązanie pęcherzyka z błoną docelową i fuzję błon pęcherzyków z błoną docelową. Aby upewnić się, że te pęcherzyki wyruszają we właściwym kierunku i dalej organizować komórkę, specjalne białka motoryczne przyczepiają się do pęcherzyków wypełnionych ładunkiem i przenoszą je wzdłuż cytoszkieletu. Na przykład muszą zapewnić, że lizosomalne są przenoszone specyficznie do aparatu Golgiego a nie do innej części komórki, co mogłoby prowadzić do szkodliwych skutków.

Połączenie

Małe pęcherzyki związane z błoną odpowiedzialne za transport białek z jednej organelli do drugiej są powszechnie spotykane w szlakach endocytarnych i sekrecyjnych . Pęcherzyki pączkują z organelli dawcy i uwalniają zawartość pęcherzyka w wyniku fuzji w określonym organelli docelowych. Retikulum endoplazmatyczne służy jako kanał, przez który przechodzą białka związane z ich ostatecznym przeznaczeniem. Białka wychodzące z retikulum endoplazmatycznego pączkują do pęcherzyków transportowych, które przemieszczają się wzdłuż kory komórkowej aby dotrzeć do swoich konkretnych miejsc docelowych. Ponieważ ER jest miejscem syntezy białek, służyłaby jako macierzysta organella, a strona cis aparatu Golgiego, w której odbierane są białka i sygnały, byłaby akceptorem. Aby pęcherzyk transportowy mógł dokładnie przejść fuzję, musi najpierw rozpoznać właściwą błonę docelową, a następnie połączyć się z tą błoną.

Jak białka SNARE odgrywają rolę w transporcie wewnątrzkomórkowym

Białka Rab na powierzchni pęcherzyka transportowego są odpowiedzialne za wyrównanie z komplementarnymi białkami wiążącymi znajdującymi się na cytozolowej powierzchni odpowiednich organelli. To zdarzenie fuzyjne umożliwia dostarczanie zawartości pęcherzyków za pośrednictwem białek, takich jak SNARE białka. SNARE to małe białka zakotwiczone w ogonie, które często są wstawiane potranslacyjnie do błon odpowiedzialnych za fuzję niezbędną do transportu pęcherzyków między organellami w cytozolu. Istnieją dwie formy SNARES, t-SNARE i v-SNARE, które pasują do siebie podobnie jak zamek i klucz. t-SNARE działają poprzez wiązanie się z błonami docelowych organelli, podczas gdy v-SNARE działają poprzez wiązanie się z błonami pęcherzyków.

Rola endocytozy

Transport wewnątrzkomórkowy to nadrzędna kategoria sposobu, w jaki komórki uzyskują składniki odżywcze i sygnały. Jedną z dobrze poznanych form transportu wewnątrzkomórkowego jest endocytoza . Endocytozę definiuje się jako pobieranie materiału przez wpuklenie błony plazmatycznej. Mówiąc dokładniej, komórki eukariotyczne wykorzystują endocytozę do pobierania składników odżywczych, regulacji w dół receptorów czynników wzrostu oraz jako regulator masy obwodu sygnałowego. Ta metoda transportu jest w dużej mierze międzykomórkowa, zamiast pobierania dużych cząstek, takich jak bakterie, poprzez fagocytozę, w której komórka pochłania cząstkę stałą, tworząc wewnętrzny pęcherzyk zwany fagosomem. Jednak wiele z tych procesów ma komponent wewnątrzkomórkowy. Fagocytoza ma ogromne znaczenie dla transportu wewnątrzkomórkowego, ponieważ gdy substancja zostanie uznana za szkodliwą i pochłonięta w pęcherzyku, może zostać przetransportowana do odpowiedniego miejsca w celu degradacji. Te endocytowane cząsteczki są sortowane na wczesne endosomy w komórce, co służy do dalszego sortowania tych substancji do właściwego miejsca docelowego (w ten sam sposób, w jaki robi to Golgiego w ścieżce wydzielniczej). Stąd wczesny endosom rozpoczyna kaskadę transportu, w której ładunek jest ostatecznie hydrolizowany wewnątrz lizosomu w celu degradacji. Ta zdolność jest niezbędna do degradacji jakiegokolwiek ładunku, który jest szkodliwy lub niepotrzebny dla komórki; jest to powszechnie obserwowane w odpowiedzi na obcy materiał. Fagocytoza ma funkcję immunologiczną i rolę w apoptozie . Ponadto endocytozę można zaobserwować poprzez niespecyficzną internalizację kropelek płynu poprzez pinocytozę oraz w endocytozie, w której pośredniczy receptor .

Rola mikrotubul

Cytoplazmatyczny silnik dyneinowy związany z mikrotubulą.
Cząsteczka kinezyny związana z mikrotubulą.

Mechanizm transportu zależy od przenoszonego materiału. Transport wewnątrzkomórkowy, który wymaga szybkiego ruchu, będzie wykorzystywał mechanizm aktyny-miozyny, podczas gdy bardziej wyspecjalizowane funkcje wymagają do transportu mikrotubul. Mikrotubule działają jako ścieżki w wewnątrzkomórkowym transporcie pęcherzyków i organelli związanych z błoną. Proces ten jest napędzany przez białka motoryczne, takie jak dyneina . Białka motoryczne łączą pęcherzyki transportowe z mikrotubulami i włóknami aktynowymi, aby ułatwić ruch wewnątrzkomórkowy. Mikrotubule są zorganizowane w taki sposób, że ich końce dodatnie rozciągają się na obrzeżach komórek, a ich końce ujemne są zakotwiczone w centrosomie, dzięki czemu wykorzystują białka motoryczne kinezyna (skierowana na koniec dodatni) i dyneina (skierowana na koniec ujemny) do transportu pęcherzyków i organelli w cytoplazmie w przeciwnych kierunkach. Każdy typ pęcherzyka błonowego jest specyficznie związany z własnym białkiem motorycznym kinezyny poprzez wiązanie w domenie ogona. Jedną z głównych ról mikrotubul jest transport pęcherzyków błonowych i organelli przez cytoplazmę komórek eukariotycznych. Spekuluje się, że obszary w komórce uważane za „ubogie w mikrotubule” są prawdopodobnie transportowane wzdłuż mikrofilamentów wspomaganych przez miozynę białko motoryczne. W ten sposób mikrotubule wspomagają transport chromosomów w kierunku biegunów wrzeciona , wykorzystując białka motoryczne dyneiny podczas anafazy .

Choroby

Dzięki zrozumieniu składników i mechanizmów transportu wewnątrzkomórkowego można zobaczyć jego wpływ na choroby. Wady obejmują niewłaściwe sortowanie ładunku na nośniki transportowe, pączkowanie pęcherzyków, problemy z przemieszczaniem się pęcherzyków wzdłuż ścieżek cytoszkieletu oraz fuzję na błonie docelowej. Ponieważ cykl życiowy komórki jest wysoce regulowanym i ważnym procesem, jeśli jakikolwiek element ulegnie awarii, istnieje możliwość wystąpienia szkodliwych skutków. Jeśli komórka nie jest w stanie prawidłowo wykonać elementów szlaku wewnątrzkomórkowego, istnieje nieuchronna możliwość tworzenia się agregatów białkowych. Coraz więcej dowodów potwierdza koncepcję, że deficyty transportu aksonalnego przyczyniają się do patogenezy wielu chorób neurodegeneracyjnych. Sugeruje się, że agregacje białek spowodowane wadliwym transportem są główną przyczyną rozwoju ALS , choroba Alzheimera i demencja .

Rola mikrotubul w transporcie wewnątrzkomórkowym

Z drugiej strony ukierunkowanie procesów transportu wewnątrzkomórkowego tych białek motorycznych stwarza możliwość celowania farmakologicznego leków. Dzięki zrozumieniu metody, w której substancje poruszają się wzdłuż neuronów lub mikrotubul, możliwe jest ukierunkowanie określonych szlaków chorobowych. Obecnie wiele firm farmaceutycznych dąży do wykorzystania trajektorii mechanizmów transportu wewnątrzkomórkowego do dostarczania leków do zlokalizowanych regionów i komórek docelowych bez szkody dla zdrowych sąsiednich komórek. Potencjał tego rodzaju leczenia w lekach przeciwnowotworowych jest ekscytującym, obiecującym obszarem badań.

Zobacz też

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Intracellular_transport&oldid=1138336384 ”