23.03.2005 – Wykład 6
TEMAT: Cytoszkielet
Jest to sieć włóknistych i tubularnych struktur mających formę polimerów białkowych występująca w cytoplazmie komórek eukariotycznych. Sieć ta łączy się z innymi składnikami komórki tworząc dynamiczny, ulegający ciągłym nieustannym przemianom system.
Cytoszkielet bierze udział w:
· nadawaniu i utrzymywaniu kształtu komórki
· poruszaniu się komórek
· transporcie wewnętrznym
· mitozie (rozdzielenie DNA)
· cytokinezie
· utrzymywaniu polarności komórek
· przekazywaniu informacji między komórkami
· apoptozie
· różnicowaniu się komórek
· ruchu rzęsek i wici
· skurczu mięśni
Dynamiczność tego systemu zależy od labilności tworzących go struktur. W zależności od potrzeb elementy te mogą ulegać rozpadowi (depolimeryzacji) w określonej części komórki i tworzyć się ponownie (polimeryzacja) w innej. Poszczególne części cytoszkieletu mogą współpracować ze sobą lub też pełnić odrębne funkcje.
w skład cytoszkieletu wchodzą 3 rodzaje struktur charakteryzujące się specjalną budową, lokalizacją i funkcjami. Są to: filamenty aktynowe, pośrednie i mikrotubule. Do składników cytoszkieletu zalicza się także liczne dodatkowe białka związane strukturalnie i funkcjonalnie z trzema głównymi składnikami.
FILAMENTY AKTYNOWE
· to główny składnik cytoszkieletu
· występują w formie globularnej jako aktyna-G i w formie filamentowej jako F-aktyna
· w komórkach większość występuje w formie filamentów pełniących funkcjie zarówno kurczliwe i stabilizujące
o aktyna bierze udział tylko w generowaniu siły motorycznej dla migracji komórek oraz dla wszystkich zjawisk związanych z ruchliwością
o aktyna decyduje także o kształcie komórki oraz właściwościach mechanicznych jej towarzyszących
· są to struktury spolaryzowane, składają się z dwóch śrubowo zwiniętych wokół siebie łańcuchów, z których każdy to liniowo ułożone globularne podjednostki aktyny-G
· takie polimery aktyny w postaci podwójnie prawoskrętnych helis mają strukturę biegunową (różnie są zorientowanie końce) – koniec grotowy jest wolno rosnącym (-) a koniec lotkowy jest szybko rosnący (+)
o do końców są dobudowywane monomery aktyny niosące ATP, który jest hydrolizowany do ADP zaraz po zamontowaniu w łańcuchu. Cząsteczki ADP pozostają w uwięzieniu w obrębie filamentu aktynowego (są nie zdolne do przejścia w ATP) aż do czasu kiedy monomery aktyny, które je niosły oddysocjują od łańcucha.
o hydroliza nukleotydu ułatwia depolimeryzację, pomagając komórkom w demontażu filamentów po ich uformowaniu się
o w stanie równowagi dynamicznej szybkość przyrostu podjednostek aktyny na końcu kolcowym (+) jest równa szybkości ich odłączania na końcu ostrym (-)
Białka wiążące aktynę: - większość z nich wiąże się z uformowanymi filamentami i kontroluje ich zachowanie:
1) białka stabilizujące – wiążą się z monomerami chroniąc je przed przyłączaniem się do końców filamentów – tymozyna i profilina
2) białka tnące filamenty – tną filamenty na krótsze fragmenty i w ten sposób zmieniają żel w zol – gelsolina
3) białka stabilizujące mikrofilamenty – wiążą się bocznie wzdłuż F-aktyny – troponina, tropomiozyna
4) białka przymocowywujące F-aktynę do podstruktur komórkowych – winkulina, konektyna
a. między innymi białka mocujące F-aktynę do błony komórkowej (tworzące sieć zwaną kora komórki) to spektryna, ankiryna
5) białka wiążące mostkami poprzecznymi – wiążą aktynę w równoległe związki: a-aktynina
6) aktyna w połączeniu z miozyną (białko motoryczne) tworzy struktury kurczliwe – np. w mięśniach poprzecznie szkieletowych – skurcz ten kontroluje tropomina
a. wyróżniamy dwa główne typy miozyn: I (mają tylko jedną głowę i jeden ogon) i II (mają dwie głowy i długie ogony) – głowy są ATP-azami
b. tworzą także pierścień kurczliwy w czasie cytokinezy
Ruch komórek:
Niezbędne są trzy procesy: 1) komórka wysuwa wypustki, 2) wypustki przywierają do powierzchni, 3) do tych zakotwiczonych miejsc przyciągana jest reszta komórki
Pierwszy etap jest kierowany przez polimeryzację aktyny na końcu (+) co prowadzi do wydłużania lamellipodiów lub filopodiów. Kiedy struktury te dotrą do odpowiedniego miejsca przylegają do niego dzięki śródbłonowym białkom tzw. integrynom. Następnie tył komórki odczepia się od podłoża i przesuwa się (kurczy się).
FILAMENTY POŚREDNIE
· są najbardziej stabilne (ale istnieją mechanizmy, które powodują przekształcanie się tych struktur, biorą w tym udział m.in. białka towarzyszące filamentom pośrednim) i niespolaryzowane, nadają kształt komórce
· mają rolę podporową i stabilizacyjną
· są włókniste, ich średnica zawiera się między największymi mikrotubulami a filamentami aktynowymi
· przypominają linę zbudowaną z długich nici skręconych razem w celu zwiększenia wytrzymałości na rozerwanie
o składają się z domeny środkowej – włóknistej oraz bocznych domen globularnych, dwie takie jednostki tworzą dimer liniowo
o dwa dimery nachodzą na siebie dachówkowo tworząc tetramery, które to budują filamenty pośrednie ( złożone z 8 układów tetramerów splatających się ze sobą)
· występują w komórkach w tkankach na które działają zewnętrzne siły mechaniczne, zakotwiczają się one tam w połączeniach międzykomórkowych
· w pewnych stanach patologicznych filamenty te ulegają degradacji tworząc kompleksy sferyczne (w komórkach nerwowych dotkniętych AD, w uszkodzonych komórkach wątroby po zatruciu alkoholowym)
· Rodzaje:
o filamenty keratynowe (w tkance nabłonkowej) – związane z siłami naprężeniowymi, jeden koniec zakotwiczony jest w desmosomie bądź hemidesmosomie
§ w nabłonku ludzkim jest około 20 rodzajów cytokeratyn, w tym 8 rodzajów keratyn twardych specyficznych dla włosów i paznokci
§ występują na różnych poziomach zróżnicowania stąd wykorzystuje się je w diagnostyce chorób nowotworowych, im poziom zróżnicowania większy tym mniej złośliwy rak
§ komórki produkują różne cytokeratyny np. nabłonek tkanki wyściełającej język i pęcherz moczowy produkuje 4 rodzaje różnych cytokeratyn
§ z zaburzeniami cytokeratyn związane są choroby tzw. pęcherzyce (dermatologia) np. epidermolysis bullosa simplex = w wyniku dysfunkcji filamentów pośrednich na skutek niewielkich urazów mechanicznych warstwy tkanki nabłonkowej budującej skórę oddzielają się od skóry właściwej i tworzą pęcherze wypełnione surowicą i dużą ilością krwi, nie goją się, prowadzą one do martwicy fragmentów skóry, śmierć w wieku 20-35 lat
o filamenty wimentynowe – w komórkach pochodzenia mezynchymalnego (tkanka łączna, leukocyty, komórki śródbłonka)
§ gromadzi się w okolicy jądra tworząc siateczkę
§ w pełni dojrzałych komórkach mogą wcale nie występować albo występować tylko w pewnym etapie rozwoju
§ w czasie mitozy grupują się w bliskim sąsiedztwie płytki metafazalnej
o filamenty desminowe – w tkance mieśniowej
§ stabilizują sarkomery, łączą błonę komórkową z błoną graniczną Z
o neurofilamenty – w tkance nerwowej
§ ich przebieg w dendrytach jest uporządkowany, są ułożone względem siebie prawie równolegle
§ stanowią szkielet wypustek nerwowych i zapobiegają ich kurczeniu się
o filamenty glejowe- w cytoplazmie komórek glejowych,
§ ułożone w sposób nieuporządkowany, tworzą siateczkę
§ zbudowane z kwaśnego białka glejowego wrażliwego na proteolizę
§ występują w astrocytach w CUN i komórkach Schwanna w nerwach obwodowych
o filamenty laminowe i matrynowe– charakterystyczne dla jądra
§ matryny – tworzą szkielet jądra w którym zakotwiczone są białka i kwasy nukleinowe, dzięki nim zachodzi transkrypcja, dojrzewanie rRNA, porządkują układ jądra komórkowego
§ laminy – białka związane z wewnętrzną powierzchnią otoczki jądrowej (głównie laminy B), łączą chromatynę z otoczką stanowią podstawę i wzmocnienie tejże otoczki, odgrywają role w jej dezintegracji
· typy lamin: A, B, C
· przekształcanie lamin A i C wiąże się z rozpadem otoczki i jej późniejszą odbudową (fosforylacja i defosforylacja lamin)
· laminy C biorą także udział w magazynowaniu błony jądrowej po rozpadzie otoczki jądrowej, krąży ona w pęcherzykach w pobliżu nowego jądra
4
que-hiciste