2. Ядерно-цитоплазматический транспорт

Первые наблюдения о ядерной оболочке дали основание говорить о её роли как о мембранной системе, разграничивающей 2 основных клеточных отсека (цитоплазма и ядро), и о регуляторных её функциях. Этот вопрос остается нерешенным, т.к. изучение проницаемости ядерной оболочки на выделенных ядрах мало что может сказать о свойствах живого ядра. На выделенных ядрах было показано, что ядерные оболочки полностью проницаемые для ионов, для молекул малого молекулярного веса (сахара, аминокислоты, нуклеотиды). Многие белки (ДНК-аза и протеаза) проникают в ядро довольно свободно. Более важными являются сведения о проницаемости ядерной оболочки in vivo. Например, гистоны и другие негистоновые белки после синтеза их в цитоплазме мигрируют в ядро. Оказалось, что частицы размером до 14 нм проникают в ядро. В начале они избирательно накапливаются в зоне пор, а затем оказываются внутри ядра. Механизм прохождения через ядерную оболочку низкомолекулярных соединений и крупных белковых молекул еще остается неясным, хотя наиболее вероятное место для такого транспорта представляется ядерная пора.

Известен и обратный процесс - переноса веществ из ядра в цитоплазму. Это касается транспорта РНК и РНП-частиц, синтезирующихся исключительно в ядре, но этот процесс не изучен. Существуют электронно-микроскопические наблюдения прохода сквозь ядерную пору крупных РНП частиц. Они при этом изменяют свою форму: из гранулы становятся вытянутыми, приобретают гантелевидную форму. По некоторым представлениям, еще одним примером такого переноса может служить центральная гранула в комплексе поры, которая представляет собой РНК-содержащий элемент (она чувствительна к обработке РНКазой). Еще один путь транспорта веществ из ядра в цитоплазму связан с образованием выростов ядерной оболочки, которые могут отделяться от ядра в виде вакуолей, содержимое их затем изливается или выбрасывается в цитоплазму.

3. Ядерная оболочка. Её ультраструктура и роль.

оболочка характерна для всех эукариотических клеток. Она состоит из внешней и внутренней мембран, разделенных перинуклеарным пространством (шириной от 20 до 60 нм). В состав ядерной оболочки входит ядерная пора. Её мембраны имеют толщину около 7 нм и состоят из двух осмиофильных слоев.

Внешняя мембрана ядерной оболочки, непосредственно контактирующая с цитоплазмой клетки, имеет ряд структурных особенностей, позволяющих отнести её к собственно мембранной системе эндоплазматического ретикулума. На внешней ядерной мембране обычно располагается большое количество рибосом, как и на мембранах эргастоплазмы. Существуют многочисленные наблюдения о непосредственном переходе внешней ядерной мембраны в систему каналов эргастоплазмы, что особенно подчеркивает структурную идентичность этих мембран. Внешняя мембрана может образовывать различной величины выпячивания и выросты в сторону цитоплазмы, они могут иметь вид пузырьков или длинных трубчатых образований.

Внутренняя мембрана контактирует с хромосомным материалом ядра. В некоторых случаях непосредственно под внутренней ядерной мембраной расположен фиброзный, или плотный, слой. Наиболее характерной структурой в составе ядерной оболочки является ядерная пора.

Большей частью, но не у всех видов (исключение составляют амеба, эвгленовые, инфузории, динофлагелляты, многие другие водоросли, некоторые грибы), ядерная оболочка разрушается при митозе и снова возникает после деления клеток. Это так называемый открытый тип митоза. При этом в профазе по мере конденсации хромосом ядерная оболочка теряет с ними связь, а затем в ней появляются разрывы. Она приобретает вид плоских мембранных вакуолей, цистерн. В это время ядерные поры еще видны, позднее они исчезают, а ядерная оболочка превращается в скопление мелких мембранных пузырьков, окружающих зону бывшего интерфазного ядра. Такие пузырьки морфологически нельзя отличить от других мелких вакуолей в цитоплазме. В метафазе мембранные элементы цитоплазмы оттесняются к периферическим зонам клеток микротрубочками веретена деления. В конце анафазы, когда прекращается движение хромосом к противоположным полюсам клетки, мембранные пузырьки цитоплазмы, и в первую очередь мембраны гранулярного эндоплазматического ретикулума, начинают контактировать с поверхностью хромосом. Эти контакты происходят сначала в небольшом числе точек, но затем начинается перестройка и рост этих первичных зачатков ядерной оболочки. Они из мелких пузырьков превращаются в плоские вакуоли, которые растут в ширину и обволакивают поверхность деконденсирующихся хромосом. Участки таких растущих плоских мембранных мешков сливаются, замыкая и отгораживая содержимое нового интерфазного ядра. Ядерные поры появляются на самых ранних этапах реконструкции ядерной оболочки, когда двойные мембранные цистерны еще не сомкнулись и фактически ничего не разделяют. У некоторых низших организмов в случае закрытого митоза ядерная оболочка не исчезает, она в зоне ядерной перетяжки замыкается, что приводит к образованию двух новых ядер. Здесь участие ядерной оболочки в делении клетки заключается в том, что на ней закреплены хромосомы и она, по-видимому, принимает участие в индукции образования микротрубочек, необходимых при делении клетки.

В состав ядерных оболочек изолированных разными методами из ядер разных клеток обнаруживаются небольшие количества ДНК (0-8%), РНК (3-9%), но основными химическими компонентами являются липиды (13-35%) и белки (50-75%), что характерно для всех клеточных мембран. Состав липидов во фракциях ядерных оболочек очень сходен с таковыми во фракциях микросом или мембран эндоплазматической сети. Ядерные оболочки характеризуются относительно низким содержанием холестерина и высоким - фосфолипидов, обогащенных насыщенными жирными кислотами. Во внутренней ядерной мембране мало сфингомиелина. Белковый состав мембранных фракций очень сложен. Среди белков обнаружен ряд ферментов, общих с эндоплазматическим ретикулумом (например, глюкозо-6-фасфатаза, Mg-зависимые АТФаза, глютамат-дегидрогеназа и др.). В составе фракции ядерной оболочки не обнаружено РНК-полимеразы. Тут выявлены активности многих окислительных ферментов (цитохромоксидаза, НАДН-цитохром-с-редуктаза) и различных цитохромов. Во фракциях ядерных мембран обнаружено окислительное фосфорилирование. Окисление и окислительное фосфорилирование ядерных мембран, вероятно, используется для снабжения энергией процессов, происходящих в клеточном ядре, и усиливаются во время роста и развития. Среди белков фракций ядерных мембран встречаются основные белки типа гистонов, что объясняется связью участков хроматина с ядерной оболочкой. В зависимости от методов выделения в составе ядерной оболочки обнаруживаются разные количества РНК, большая ачсть из которой приходится на рРНК, входящую в состав рибосом на внешней ядерной мембране.

Существует множество наблюдений тесного соседства ядерной оболочки с другими мембранными элементами цитоплазмы: с митохондриями, с вакуолями аппарата Гольджи и др. Внешняя ядерная мембрана непосредственно переходит в мембрану ЭПР, так что его полости и перинуклеарное пространство составляют одно целое. Т.о. ядерная оболочка может представлять собой источник для образования всех других мембран. Переход вакуолей, отщепляющихся от внешней ядерной мембраны, системы вакуолей и канальцев аппарата Гольджи вполне реален, также как и переход таких вакуолей от системы ЭПС. По-видимому, внутренняя ядерная мембрана является источником мембран этой системы, потому что обмен её белков, фосфолипидов отличен от такового в ЭПС. Возможность образования митохондрий и плазматических мембран из мембран ядерной оболочки маловероятны.

Основная роль ядерной оболочки - барьер, отделяющий содержимое ядра от цитоплазмы, ограничивающий свободный доступ в ядро крупных агрегатов биополимеров, активно регулирующая транспорт макромолекул между ядром и цитоплазмой. Одной из основных функций ядерной оболочки следует также считать её участие в создании внутриядерного порядка, в фиксации хромосомного материала в трехмерном пространстве ядра.