- 8 -
Cytoszkielet
Cytoszkielet jest złożonym systemem wewnątrzkomórkowych włókienek białkowych charakterystycznym dla organizmów eukariotycznych.
Różny skład molekularny poszczególnych typów włókienek, ich rozmiary oraz odmienna organizacja przestrzenna pozwala na wyróżnienie trzech klas elementów cytoszkieletu:
4 mikrotubul - MT,
4 mikrofilamentów - MF,
4 filamentów pośrednich - IF.
Cytoszkielet jest wewnętrznym rusztowaniem komórki, warunkuje jej kształt i organizację, umożliwia skurcz i ruch komórki oraz jej podziały, uczestniczy w wewnątrzkomórkowym transporcie organelli i makromolekuł.
Funkcje cytoszkieletu:
4 ruchy wewnątrzkomórkowe,
4 przepływ cytoplazmy,
4 przemieszczanie mitochondriów, endosomów, wakuoli sekrecyjnych, produktów neurosekrecji,
4 wędrówka chromosomów podczas podziału komórkowego,
4 regulacja metabolizmu komórki,
4 udział w oddziaływaniach międzykomórkowych,
4 udział w reakcji na sygnały zewnątrzkomórkowe
4 udział w różnicowaniu komórek i transformacji nowotworowej.
FILAMENTY POŚREDNIE
4 są bardzo stabilne, wytrzymałe na rozciąganie, bardzo odporne na działanie różnych związków chemicznych.
4 Jednostką strukturalną IF jest białko włókienkowe, jego najdłuższa część środkowa ma charakter a-helisy, a na obu końcach znajdują się części globularne. Białka włókienkowe tworzą dimer przez nawinięcie się odcinków środkowych wokół siebie. Dwa dimery łączą się bok do boku i tworzą tetramer. Tetamery występują jako niezwiązane w cytoplazmie (uważa się je za elementy struktury filamentów pośrednich), albo łączą się ze sobą koniec do końca i bok do boku formując filament pośredni.
W obrębie filamentów pośrednich wyróżnia się co najmniej cztery klasy białek:
4 filamenty keratynowe,
4 filamenty typu wimentyny,
4 neurofilamenty (NF),
4 laminy.
Keratyny, znane także jako cytokeratyny, są najbardziej zmienną rodziną białek filamentów pośrednich;
4 występują w cytoplazmie komórek nabłonkowych;
4 filamenty te są utworzone przez polimeryzację keratynowych podjednostek;
4 spinają poszczególne regiony błony komórkowej;
4 filamenty ułożone równolegle do powierzchni nabłonka nadają mu dużą wytrzymałość na siły rozciągające skórę,
Wimentyna i białka pokrewne
4 Do tej grupy zaliczamy desminę, wimentynę i białka glejowe;
4 występują w tkance łącznej, komórkach mięśniowych i neurogleju;
4 W odróżnieniu od keratyny wimentyna może tworzyć filamenty pośrednie z jednego rodzaju białka;
Białka neurofilamentów (NF)
4 NF rozciągają się wzdłuż neuronu;
4 poznano trzy białka NF, które tworzą główne elementy cytoszkieletu komórek nerwowych:
§ NF-L o niskiej masie cząsteczkowej,
§ NF-M o średniej masie cząsteczkowej,
§ NF-H o dużej masie cząsteczkowej.
Laminy jądrowe
4 składają się z sieci filamentów pośrednich na wewnętrznej powierzchni błony jądrowej i jest związana z porami jądrowymi;
4 oprócz konserwatywnych motywów obecnych w innych białkach filamentów pośrednich laminy maja sygnały kariotopowe tj. motywy, które ułatwiają i kierują transport do jądra komórkowego;
4 w odróżnieniu od stabilnych filamentów cytoplazmatycznych, filamenty jądrowe ulegają demontażowi i formowaniu na nowo przy każdym podziale komórkowym (rozpad otoczki jądrowej podczas mitozy i mejozy i jej odtworzenie w komórkach potomnych).
MIKROTUBULE
4 Występują we wszystkich komórkach eukariotycznych,
4 Są wydrążonymi, włókienkowatymi strukturami, które rozciągają się w cytoplazmie i tworzą szkielet ułatwiający organizację strukturalną i lokalizację niektórych organelli.
4 mikrotubule są długimi rurkami o średnicy 25nm i kanale wewnętrznym o średnicy 15nm, mogą występować w cytoplazmie pojedynczo lub tworzyć złożone układy takie jak np. wrzeciono kariokinetyczne;
4 mikrotubule zbudowane są z tubuliny, a ich stabilność i wiele właściwości zależy od białek dodatkowych zwanych białkami towarzyszącymi mikrotubulom (MAP);
4 każda cząsteczka tubuliny jest dimerem składającym się z dwóch globularnych białek tubuliny a i tubuliny b; dimery tubuliny łączą się ze sobą i tworzą protofilamenty;
4 Protofilament ma budowę spolaryzowaną i na jednym z końców jest tubulina a (biegun -), a na drugim tubulina b (biegun +);
4 13 protofilamentów łączy się bok do boku i tworzy układ rureczki- mikrotubuli.
Rola mikrotubul:
4 stanowią sztywny szkielet wewnętrzny warunkujący kształt komórek oraz możliwość jego zmiany,
4 warunkują ruch pełzakowaty komórek (np. pseudopodia),
4 wyznaczają płaszczyznę podziału komórki (pierścień preprofazowy),
4 uczestniczą w transporcie wewnątrzkomórkowym, szczególnie w ruchu pęcherzyków synaptycznych,
4 wchodzą w skład wrzeciona podziałowego, a u roślin także cytokinetycznego,
4 wchodzą w skład wici i rzęsek, budują kinetosom, centriolę i centrosom.
CENTRA ORGANIZACJI MIKROTUBUL (MTOC)
4 w komórkach istnieją centra organizacji mikrotubul - MTOC;
4 najważniejszym białkiem MTOC jest gamma-globulina, kontroluje ona formowanie MTOC, nie jest składnikiem mikrotubul, mimo że łączy się z końcami minus a/b dimerów tubulinowych;
4 najlepiej poznane i zdefiniowane centra organizujące mikrotubule to centrosomy komórek interfazowych i mitotycznych oraz kinetochory w chromosomach;
DYNAMICZNA NIESTABILNOŚĆ MIKROTUBUL
jest związana ze zdolnością dimerów tubuliny do wiązania i hydrolizy GTP. Dimer tubuliny z GTP przyłącza kolejne dimery i mikrotubula rośnie. W tym czasie dochodzi do hydrolizy GTP do GDP w dimerach wewnątrz mikrotubuli, ale dimer końcowy zawiera GTP. Jeśli na końcu mikrotubuli nastąpi hydroliza GTP do GDP zanim przyłączy się nowy dimer to lawinowo odłączają się kolejne dimery i mikrotubula się skraca.
Końcowy dimer z GTP zabezpiecza czasowo mikrotubulę przed depolimeryzacją.
BIAŁKA TOWARZYSZĄCE MIKROTUBULOM
4 Wpływają na stabilność mikrotubul, łączenie się z innymi elementami cytoszkieletu i umożliwiają ruch wewnątrzkomórkowy;
4 Do ważniejszych zalicza się białka oczapkowujące, zabezpieczające końce mikrotubul przed depolimeryzacją; znajdują się one w błonie organelli komórkowych i niektórych częściach błony komórkowej;
4 są specyficzne tkankowo i komórkowo; jedna domena takiego białka łączy się z mikrotubulą lub z niespolimeryzowaną tubuliną, domena przeciwna łączy się z pęcherzykiem, inną mikrotubulą, filamentem pośrednim oraz z różnego rodzaju cząstkami występującymi w cytoplazmie
4 Specjalnym rodzajem MAP są tzw. białka motoryczne umożliwiające transport wewnątrzkomórkowy, zalicza się do nich dyneiny i kinezyny.
4 Kinezyna uczestniczy w transporcie pęcherzyków z ER, endosomów, mitochondriów w kierunku jądra, ale nie do AG lub błony jądrowej; zbudowana jest z wielu cząsteczek, wśród nich ma dwie globularne głowy, które łączą się z MT i z ATP, hydrolizując je i uzyskując w ten sposób energię do poruszania się;
4 Dyneina to bardzo duże białko, złożone z dwóch głów, które służą jako motory hydrolizujące ATP; porusza się po MT ku jej końcowi (-); jest odpowiedzialna za ruch rzęsek i wici.
CENTRIOLE
4 Centriole to krótkie walce,
4 których ściana zbudowana jest z 9 tripletów mikrotubul;
4 odgrywają ważną rolę podczas podziału komórki zwierzęcej, ponieważ kontrolują powstawanie wrzeciona podziałowego, zwykle w komórce występuje para centrioli położonych w okolicy jądra;
4 Obie centriole są ustawione prostopadle do siebie i otoczone materiałem centrosomu.
WICI I RZĘSKI
4 Podobnie do centrioli zbudowane jest ciałko podstawowe rzęsek i wici;
4 aksonema będąca rdzeniem rzęsek i wici zbudowana jest jednak z mikrotubuli zorganizowanych w charakterystyczny sposób. Na przekroju poprzecznym widoczne jest 9 par mikrotubul na obwodzie, tworzących pierścień, a w centrum znajduje się pojedyncza para mikrotubul;
4 Każdy z dziewięciu zewnętrznych dubletów zawiera kompletne i częściowe mikrotubule, które są ze sobą połączone; na przekroju kompletne tubule (zwane tubulami A) składają się z 13 podjednostek tubulinowych, a niekompletne tubule B mają 11 podjednostek; każda mikrotubula z pary centralnej jest kompletna.
FUNKCJE RZĘSEK
4 Poruszanie cieczy i cząstek nad powierzchnią komórki;
4 Ruch jednokomórkowych organizmów w środowisku wodnym;
4 Przesuwanie jaja wzdłuż jajowodu;
FUNKCJE WICI
4 napęd wielu pierwotniaków i plemników;
4 służy do poruszania się całych komórek (wielu pierwotniaków i plemników).
MIKROFILAMENTY
MF są zbudowane z aktyny dlatego też nazywa się je filamentami aktynowymi; Aktyna jest jednym z najobficiej występujących białek komórkowych; w komórkach mięśniowych stanowi 20%, a w niemięśniowych do 5% ogólnej masy białek. Znaczenie MF:
§ Ruch całych komórek lub ich fragmentów;
§ Kurczenie się oraz przemieszczanie niektórych organelli komórkowych;
§ Wytwarzanie struktur (w powiązaniu z innymi białkami), które nadają kształt komórce i umocowują komórki do innych komórek lub błon podstawnych.
§ MF mają średnicę ok. 7 nm, mogą być niestabilne lub tworzą wiele stabilnych struktur komórkowych;
§ stabilizację i funkcję tych filamentów zapewniają białka wiążące aktynę (ABP);
§ część stabilnych MF występuje w większości komórek np. korze komórki, a niektóre tylko w komórkach wyspecjalizowanych np. miofilamentach lub w komórkach okresowych np. pierścienie kurczliwe i włókienka naprężeniowe.
Aktyna jest wysoce konserwatywnym białkiem, występuje w dwóch formach:
4 monomeru - nazywa się aktyną G,
4 filamentu – nazywa się aktyną F,
Cząsteczki aktyny G są spolaryzowane i ułożone zawsze w tym samym kierunku, co powoduje, że filament aktynowy jest także spolaryzowany. Wyróżnia się koniec plus i koniec minus, ma to istotne znaczenie funkcjonalne, ponieważ ukierunkowuje to przemieszczanie białek towarzyszących, które tutaj określa się białkami motorycznymi. W komórkach proces polimeryzacji zachodzi tylko w powiązaniu aktyny G z ATP. Polimeryzacja i depolimeryzacja są regulowane przez białka wiążące aktynę, połowa aktyny G występuje w połączeniu z białkami wiążącymi monomer, które zapobiegają ich polimeryzacji, inne ABP ułatwiają polimeryzację w aktynę F, a jeszcze inne decydują o organizacji filamentów w pęczki lub sieci. Duże skupiska MF obserwuje się pod plazmalemmą, tworzy tutaj strukturę nazwaną korą komórki. Filamenty aktynowe w powiązaniu z białkami tworzą tu sieć, która wspiera zewnętrzną powierzchnię komórki i nadaje jej mechaniczną wytrzymałość. Ta aktynowa sieć kory decyduje o kształcie i właściwościach mechanicznych błony komórkowej i powierzchni komórki. Przetasowania aktyny w tym obszarze stanowi molekularną podstawę zmian kształtu komórki i jej ruchów.
Duża część komórek porusza się za pomocą pełzania po podłożu (ameby, makrofagi, komórki rakowe i inne). Do przemieszczana się komórki niezbędne są trzy współzależne procesy:
4 komórka wysuwa wypustki w kierunku ruchu;
4 wypustki te przywierają do powierzchni, po której komórka pełznie;
4 do takich miejsc zakotwiczenia jest podciągana pozostała część komórki, co przesuwa ją naprzód.
Pierwszy etap jest kierowany przez polimeryzację aktyny. Tworzą się dwojakiego rodzaju wypustki: lamellipodia lub/i filopodia. Zarówno lamellipodia, jak i filopodia tworzą się i zanikają z dużą szybkością.
Białka wiążące aktynę (ABP);
4 Białka motoryczne związane z aktyną należą do grupy miozyn. W tej grupie wyróżnia się miozynę mięśniową czyli miozynę II oraz miozynę niemięśniową czyli miozynę I.
4 Wiążą one i hydrolizują ATP, przez co dostarczają energię do ruch wzdłuż filamentów aktynowych.
4 Filamenty aktynowe wraz z filamentami miozynowymi są odpowiedzialne za pracę (skurcz i rozkurcz) mięśni. Skurcz jest związany ze ślizganiem się filamentów akynowych po filamentach miozynowych bez zmiany długości obu typów filamentów.
4 Oba typy miozyn mogą występować w tych samych komórkach, różnią się one budową i są odpowiedzialne za inny typ ruchu.
ludi.lg