Charakterystyka mikrofilamentów, struktura, funkcje, patologia

mikrofilamenty o Włókna aktyny, są jednym z trzech podstawowych elementów cytoszkielki komórkowej eukariotycznej.

U eukariotów geny kodujące mikrofilamenty aktyny są wysoce zachowane we wszystkich organizmach, więc są one często stosowane jako markery molekularne do różnych badań.

Zdjęcie włókien aktyny barwionej komórki (źródło: Howard Vindin [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)] przez Wikimedia Commons)

Mikrofilamenty są rozmieszczone w całym cytosolu, ale są szczególnie obfite w obszarze leżącym u podstaw błony plazmatycznej, gdzie tworzą złożoną sieć i są związane z innymi specjalnymi białkami z tworzenia cytoszkieletu.

Sieci mikrofilamentowe w cytoplazmie komórek ssaków są kodowane przez dwa z sześciu genów opisanych dla aktyny, które są zaangażowane w dynamikę mikrofilamentów i które są nawet bardzo ważne podczas różnicowania komórek macierzystych.

Wielu autorów zgadza się, że mikrofilamenty są najbardziej różnorodnymi, wszechstronnymi i ważnymi białkami cytoszkieletu większości komórek eukariotycznych i ważne jest, aby pamiętać, że nie znajdują się ich w mikroorganizmach prokariotycznych.

Jednak w tego typu komórkach istnieją homologiczne włókna do mikrofilamentów, ale powstają przez inne białko: białko MREB.

Obecnie uważa się, że gen, który koduje dla tego białka. Jednak homologia sekwencji aminokwasowej, która tworzy białko MREB, wynosi tylko 15% w odniesieniu do sekwencji aktyny.

Podobnie jak podstawowa część cytoszkieletu, każda defekt fenotypowy zarówno w mikrotubule, jak i w włóknach pośrednie i mikrofilamentach aktyny (cytoszkielet) może powodować różne patologie komórkowe i ogólnoustrojowe.

[TOC]

Charakterystyka i struktura

Mikrofilamenty składają się z monomerów białkowych z rodziny aktyny, które są wyjątkowo obfitymi białkami skurczowymi w komórkach eukariotycznych, ponieważ uczestniczą również w skurczu mięśni.

Włókna te mają średnicę między 5 a 7 nm, więc są również znane jako cienkie włókna i składają się z dwóch form aktyny: formy kulistej (aktyny) i kształtu nitkowatego (aktyna F).

Białka, które uczestniczą w cytoszkielecie, są znane jako aktyny γ i β, podczas gdy osoby uczestniczące w skurczu są zwykle aktyny α.

Może ci służyć: cytoplazma: funkcje, części i cechy

Odsetek globularnej aktyny i nitkowatej aktyny w cytosolu zależy od potrzeb komórkowych, ponieważ mikrofilamenty są bardzo zmiennymi i wszechstronnymi strukturami, które są stale wzrostu i skracanie z powodu polimeryzacji i depolimetryzacji.

Aktyna jest małym białkiem kulkowatym, składającym się z prawie 400 aminokwasów i około 43 kDa masy cząsteczkowej.

Monomery aktynne, które tworzą mikrofilamenty, są uporządkowane w postaci śrubowej nici, ponieważ każda z nich cierpi skręt, gdy jest powiązany z następującymi.

Aktyna jest związana z cząsteczką Ca2+ i innym ATP, które stabilizują jej kuliste kształt; Podczas gdy aktyna F jest uzyskiwana po hydrolizy końcowego fosforanu cząsteczki ATP w aktynie, co przyczynia się do polimeryzacji.

Organizacja

Włókna aktyny mogą być uporządkowane w postaci „wiązek” lub „sieci”, które mają różne funkcje w komórkach. Belki tworzą równoległe struktury połączone przez dość sztywne mosty krzyżowe.

Z drugiej strony sieci są bardziej wygodnymi strukturami, takimi jak trzy -wymiarowe siatki z właściwościami żeli półsolidowej.

Istnieje wiele białek związanych z włókienami aktyny lub mikrofilamentowymi i które są znane jako ABP (z angielskiego Białka wiążące aktynę), które mają do tego określone strony.

Wiele z tych białek umożliwia interakcje mikrofilamentów z pozostałymi dwoma składnikami cytoszkieletu: mikrotubule i włókna pośrednie, a także z innymi składnikami wewnętrznej powierzchni błony plazmatycznej błony plazmatycznej.

Wśród innych białek oddziałujących z mikrofilamentami znajdują się arkusze jądrowe i spektryna (w czerwonych krwinkach).

Jak powstają włókna aktynowe?

Ponieważ kuliste monomery aktyny zawsze łączą się w ten sam sposób, zorientowane w tym samym kierunku, mikrofilamenty mają zdefiniowaną polaryzację, z dwiema skrajnościami: jeden „więcej” i jeden „mniej”.

Polarmowość tych włókien jest bardzo ważna, ponieważ rosną znacznie szybciej ze względu na ich pozytywny koniec, gdzie dodawane są nowe monomery aktynowe.

Graficzna reprezentacja mikrofilamentów aktyny (źródło: Pochodna praca: Retama (Talk) Thin_filament_formation.SVG: Mikael Häggström [domena publiczna] przez Wikimedia Commons)

Pierwszą rzeczą, która ma miejsce podczas polimeryzacji włókien aktyny, jest proces znany jako „zarodkowanie”, który składa się z powiązania trzech monomerów białkowych.

Może ci służyć: plazomoliza

Do tego trymeru nowe monomery są dodawane do obu końców, tak że włókno rośnie. Monomery aktynne są w stanie zhydrolizować ATP z każdym związkiem, co ma wpływ na szybkość polimeryzacji, ponieważ części aktyny-ATP oddzielają większe trudności niż Actin-ADP.

ATP nie jest konieczne do polimeryzacji, a konkretna funkcja jej hydrolizy nie została jeszcze wyjaśniona.

Niektórzy autorzy uważają, że ponieważ zdarzenia polimeryzacji aktyny są szybkie.

Rozporządzenie

Zarówno polimeryza.

Przykład białek regulujących depolimery. Inne białko, profilina, ma odwrotną funkcję, ponieważ stymuluje powiązanie monomerów (poprzez stymulowanie wymiany ATP na ATP).

Funkcje

Mikrofilamenty oddziałują z włókienami miozyny, które są związane z białkami transbłonowymi, które mają domenę w cytosolu i kolejnej komórce za granicą, więc uczestniczą w procesach ruchliwości komórek.

Te mikrofilamenty związane z błoną plazmatyczną pośredniczą w różnych odpowiedzi komórkowych na różne rodzaje bodźców. Na przykład adhezja komórek tkanek nabłonkowych jest kierowana przez białka transbłonowe zwane kadherynami, które oddziałują z mikrofilamentami w celu rekrutacji czynników odpowiedzi.

Włókna aktyny oddziałują z włóknami pośrednimi, aby bodźce pozakomórkowe przenoszą się na kluczowe miejsca, takie jak rybosomy i chromosomy wewnątrz jądra.

Reprezentacja wewnątrzkomórkowej funkcji motorycznej mikrofilamentów aktyny (źródło: Boumphreyfr [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)] przez Wikimedia Commons)

Klasyczną i bardzo zbadaną funkcją mikrofilamentów jest jego zdolność do tworzenia „mostów”, „szyn” lub „autostrad” do ruchu białka miozyny I, które jest w stanie ładować pęcherzyki transportowe z organelli do plazmy membranowej na wydzielnicze ścieżki.

Mikrofilamenty również oddziałują z miozyną II w celu ustalenia pierścienia skurczowego, który powstaje podczas cytokinezy, dokładnie podczas ostatniego etapu podziału komórkowego, w którym cytosol jest oddzielony od komórek łodygi i córki.

Może ci służyć: leukocyty polimorfojądrowe

Zasadniczo mikrofilamenty w kształcie aktyny modulują rozkład niektórych organelli, takich jak kompleks Golgiego, retikulum endoplazmatyczne i mitochondria. Ponadto uczestniczą również w przestrzennym pozycjonowaniu RNM, aby były odczytane przez rybosomy.

Cały zestaw mikrofilamentów z telefonem komórkowym, szczególnie te, które są ściśle związane z błoną plazmatyczną, uczestniczą w tworzeniu się pofałdowaniach błon komórkowych komórek, które mają stały ruch aktywny.

Uczestniczą również w tworzeniu mikrowinów i innych powszechnych wypukłości na powierzchni wielu komórek.

Przykład funkcji w wątrobie

Mikrofilamenty uczestniczą w procesie wydzielania żółci w hepatocytach (komórkach wątroby), a także w ruchach perystaltycznych (skoordynowany skurcz) kanalikuli wątroby.

Przyczyniają się do różnicowania domen błony plazmaty.

Powiązane patologie

Istnieje niewiele chorób związanych z pierwotnymi wadami w strukturze lub z białkami i enzymami regulacyjnymi w syntezie mikrofilamentów, chociaż są one bezpośrednio zaangażowane w dużą liczbę funkcji.

Niski wskaźnik chorób i wad rozwojowych w pierwotnej strukturze mikrofilamentów wynika z faktu, że na ogół istnieje wiele genów kodujących zarówno białka aktyny, jak i jej białek regulacyjnych, zjawisko znane jako „redundancja genetyczna”.

Jedną z najczęściej badanych patologii jest witrifikacja oocytów na ich cytoszkielecie, gdzie przerywanie obserwuje się w korowej sieci mikrofilamentowej, a także depolimeryza.

Ogólnie rzecz biorąc, to witryfikacja powoduje dyspersję chromosomalną, ponieważ prowadzi do sporu w zagęszczeniu całej chromatyny.

Komórki, które mają większą organizację i odsetek mikrofilamentów w ich cytoszkielecie, są prążkowanymi komórkami mięśniowymi, dlatego większość patologii jest związana z nieprawidłowym działaniem aparatu skurczowego.

Wadliwe lub atypowe mikrofilamenty były również związane z chorobą kości znaną jako choroba pagetowa.

Bibliografia

1. Aguilar-Cuenca, R., Llorente-González, c., Vicente, c., I Vicente-Manzanares, m. (2017). Dynamika adhezji koordynowanej mikrofilamentowej napędza migrację pojedynczych komórek i kształtuje tkanki Whoe. F1000Resarch, 6.
2. Dwa środki zaradcze, c. G., Chhabra, zm., KEKIC, m., Palec, ja. V., Tsubakihara, m., Berry, d. DO., & Nosworthy, n. J. (2003). Białka wiążące aktynę: regulacja mikrofilamentów cytoszkieletowych. Recenzje fizjologiczne, 83(2), 433-473.
3. Guo, h., Fauci, L., Shelley, m., & Kanso i. (2018). Biektobabilność w synchronizacji uruchamianych mikrofilamentów. Journal of Fluid Mechanics, 836, 304-323.
4. Początek., Langer, r., I Vacanti, J. P. (Eds.). (2011). Zasady inżynierii tkankowej. Academic Press.
5. Robbins, j. (2017). Choroby cytoszkieletu: deminopatie. W krótkowzroczności kardioszkieletowej u dzieci i dorosłych (PP. 173-192). Academic Press.