0206; 01.04.2009, wykład nr 6., - Cytoszkielet; Paul Esz
Cytoszkielet
Cytoszkielet
 nieobłoniony
 układ sieciowy białek
 tubulina i inne białka
 sieć włóknistych i tubularnych struktur o formie polimerów białkowych, łączących się ze sobą oraz innymi
składnikami komórki, tworząc dynamiczny, ulegającym ciągłym nieustannym przemianom system
Bierze udział
 w nadanie kształtu komórki i utrzymania go
 w poruszaniu komórek
 w transporcie wewnątrzkomórkowym
 w mitozie
 podziale komórki (cytokinezie)
 w utrzymaniu polarności komórek
 w przekazywaniu informacji między komórkami
 w apoptozie
 w różnicowaniu się komórek
 w ruchu wici i rzęsek
 w skurczu mięśni
 dynamiczność systemu zależy od labilności jego struktur
 w zależności od potrzeb elementy te mogą ulegać depolimeryzacji w określonej części komórki i tworzyć się
ponownie w innej (polimeryzować)
W skład cytoszkieletu wchodzą
 3 rodzaje struktur o specyficznej budowie lokalizacji i funkcji: (filamenty aktynowe, pośrednie i mikrotubule)
 do składników cytoszkieletu zaliczane są dodatkowe białka związane strukturalnie i funkcjonalnie z jego
składnikami
Filamenty aktynowe
 główne białko cytoszkieletu
 aktyna występuje w formie globularnej (G-aktyna) i filamentowej (F-aktyna)
 większość aktyny to filamenty pełniące funkcje kurczliwe jak i stabilizujące
Aktyna
 bierze udział w generowaniu siły motorycznej dla migracji komórek
 decyduje o kształcie komórki oraz właściwościach mechanicznych jej powierzchni
Filamenty aktynowe F-aktyna
 struktury spolaryzowane
 dwa śrubowato zwinięte wokół siebie łańcuchy (prawoskrętna helisa)
 o liniowo ułożonych podjednostkach G-aktyny
 średnica 7 nm
Polimery aktyny mają strukturę biegunową
 koniec grotowy, ang. pointed end, wolno rosnący, (-)
 koniec lotkowy, ang. barbed end, szybko rosnący, (+)
 koniec (+) - dołączają się monomery ATP aktyny
 koniec (-) - odłączają się monomery ADP aktyny
 długość filamentu i liczba podjednostek nie zmienia się
W stanie równowagi dynamicznej szybkość przyrostu podjednostek aktyny na końcu (+) równa się szybkości ich
odłączania na końcu (-).
Aktyna łączy się z miozyną tworząc struktury kurczliwe
 wszystkie aktyno-zależne białka motoryczne należą do rodziny miozyn
 wiążą i hydrolizują ATP (dostarcza to energię do ich ruchu wzdłuż filamentów aktynowych od końca ( ) do
(+)
 jest wiele typów miozyny
 najbardziej liczne to podrodzina I i II
Miozyna I
 cząsteczka  głowa i ogon (ogon przyczepia się do innej cząsteczki organelli)
 głowa miozyny I (dzięki aktywności motorycznej opartej na hydrolizie ATP) przemieszcza cząsteczki wzdłuż
filamentów aktynowych lub filamentów aktynowych w stosunku do błony
Miozyna II
 miozyny II (mięśnie) jest dimerem złożonym z pary identycznych cząsteczek utrzymywanych razem poprzez
ich ogony
 ma dwie głowy (o aktywności ATP-azowej) i długie pałeczkowate ogony (w kształcie superhelisy)
 tworzy ona struktury skurczowe z filamentów aktynowymi
 podczas skurczu mięśnia filamenty aktynowe wślizgują się między filamenty miozynowe
Główne klasy białek wiążących aktynę
 białka stabilizujące monomery: tymozyna o profilina  wiążą się z monomerami chroniąc je przed
przyłączeniem się do końców filamentów
 białka tnące filamenty: gelsolina  tną filamenty na krótsze fragmenty i w ten sposób zmieniają żel aktynowy
w bardziej płynną postać
 białka stabilizujące mikrofilamenty: tropomiozyna, troponina  wiążą się bocznie wzdłuż cząsteczki F-aktyny
 białka przymocowujące F-aktynę do podstruktur komórkowych: winkulina, konektyna  białka wiążące F-
aktynę do błony komórkowej i mikrotubul
 białka formujące wiązki filamentów: alfa aktynina  wiążą aktynę w równoległe wiązki
Filamenty pośrednie
 najbardziej stabilna część cytoszkieletu
 nie są spolaryzowane
 rola podporowa i wzmacniająca
 nadają komórkom sztywność
 są najbardziej sztywnymi i wytrzymałymi ze wszystkich 3 typów głównych struktur cytoszkieletu
Budowa białek filamentów pośrednich
 przypomina liną ( średnica około 10 nm) składającą się z wielu długich nici skręconych razem co zwiększa
wytrzymałość na rozciąganie
Filamenty pośrednie
 cytoplazmatyczne:
 keratynowa w nabłonkach
 wimentynowe i wimentynopodobne w tkance łącznej komórkach mięśniowych i neurogleju
 neurofilamenty w komórkach nerwowych
 jądrowe:
 we wszystkich komórkach mających jądro
Filamenty keratynowe (tonofilamenty, tonofibryle)
 komórki nabłonkowe np. w naskórku
 biorą udział w tworzeniu połączeń międzykomórkowych (desmosomów)
 20 różnych keratyn (ludzki nabłonek)
 8 jest specyficznych dla włosów i paznokci
Filamenty wimentynowe
 w komórkach pochodzenia mezenchymalnego
 gromadzą się w okolicach jądra komórkowego tworząc siateczkę
 podczas mitozy i mejozy grupują się w bliskim sąsiedztwie płytki metafazalnej
Filamenty glejowe
 w cytoplazmie glejowych
 zbudowane są z kwaśnego białka glejowego wrażliwego na proteolizę
 występują w astrocuytach w centralnym systemie nerwowym i komórkach Schwanna w nerwach obwodowych
 filamety wimentyunowe i deminowe i białka kwaśne mogą występować razem w jednej komórce
Neurofilamenty
 w komórkach nerwowych
 w dendrytach i neurytach
 są ułożone względem siebie prawie równolegle
 stanowią szkielet
Filamenty laminowe
 główne białka karioszkieletu
 pokrywające od wewnątrz otoczkę jądrową
 tworzą tzw. blaszkę jądrową łączącą chromatynę z otoczką jądrową
 stanowią podstawę i wzmocnienie otoczki jądrowej we wszystkich komórkach z jądrami
3 typy lami A,B,C
 B łączy się blaszką jądrową, laminy A i C łączy się z chromatyną
 w przebiegu mitozy laminy A i C ulegają fosforylacji i depolimeryzacji
 lamina B związana jest z błoną pęcherzyków powstałych z rozpadu otoczki jądrowej
 wraz z rozpoczęciem telofazy laminy A, B i C ulegają repolimeryzacji
Białka związane z włóknami pośrednimi (IFPs-INtermadiate Filaments associated Proteins)
 wiążą je w pęczki
 filagryna towarzyszy filamentom keratynowym
 plektyna - wimentynowym, keratynowym, GRAP i laminie B
Mikrotubule
 rurki (25nm)
 mało stabilne
 spolaryzowane
 mikrotubula składa się z 13 protofilamentów (ułożonych wokół pustego kanału) zbudowanych z globularnych
podjednostek białkowych (alfa i beta)
 protofilamenty wykazuje biegunowść, alfa-tubulina koniec (-), beta-tubulina koniec (+)
 mikrotubule powstają z inicjującego pierścienia (13 cząsteczek gamma-tubuliny)
 dimery dodawane są indywidualnie budując strukturę wydrążonej rurki
 mikrtobule są utrzymywane dzięki równowadze między montażem a ich demontażem
Funkcje mikrotubul
 wraz z mikrofilamentami i filamentami pośrednimi uczestniczą w utrzymaniu dynamicznego, przestrzennego
uorganizowania cytoplazmy
 odpowiedzialne są za lokalizację organelli np. aparatu Golgiego  ulega rozproszeniu w cytoplazmie po
dezintegracji mikrotubul
 są głównym komponentem strukturalnym wrzeciona podziałowego
 segregacja chromosomów do komórek potomnych
 głównym komponentem eukariotycznych rzęsek i wici
Białka towarzyszące mikrotubulom (MAP)
 klasa I  szkieletowe  w postaci kilku typów MAP i białek tau
 klasa II  białka przetwarzające energię  dyneiny nieaksonemowe tzw. MAP-1C i kinezyny oraz dyneiny
aksonemowe czyli rzęsek i wici
Centrosom (cytocentrum)
 bardzo ważna rolę odgrywa w okresie podziału
 w interfazie organizuje mikrotubule w układ promieniujący od jąra poprzez cytoplazmę
 składa się z dwóch centrioli ułożonych prostopadle
Centrosfera
 rejon pericontriolarny
 sfera wokół każdej centrioli, w niej mogą występować kuliste zagęszczenia (kompeksy białkowe)  satelity
 zawiera struktury o kształcie pierścienia (z gamma-tubuliny) miejsce nukleacji mikrotubuli
 dimery alfa-beta dołączają się do gamma-tubulinowego pierścienia  koniec minus każdej mikrotubuli
osadzony jest w centrosomie, a wzrost jej następuje tylko od strony (+)
Centriola
 walec utworzony z 9 tripletów mikrotubul
 białko fibrylarne łączy triplety pomiędzy sobą
 jedna z dwóch walcowatych, zbudowanych z mikrotubul struktur wchodzących w skład centrosomu
(odgrywającego istotną rolę w procesie formowania wrzeciona podziałowego w komórkach zwierzęcych)
 o niejasnej funkcji dla komórki
 zazwyczaj w jednym centrosomie występują dwie centriole
 zbudowane na obwodzie z dziewięciu trypletów mikrotubul ułożonych skośnie wyznaczają bieguny komórki
podczas jej podziału, dzieląc materiał genetyczny za pomocą wrzeciona kariokinetycznego, zwanego także
podziałowym
 replikacja centriol u człowieka zachodzi w czasie cyklu komórkowego podczas interfazy
 centriola nie występuje u roślin wyższych (nagonasiennych, okrytonasiennych)
Rzęski
 cienkie wypustki cytoplazmatyczne
 osadzone na ciałkach podstawowych i
pełniące w zasadzie jedną zasadniczą
funkcję: ruchową
 występują w niektórych komórkach
eukariotycznych
 pod względem budowy niewiele różnią
się od wici, są jednak od nich
proporcjonalnie krótsze i inny jest
mechanizm ich ruchu
 jednakże w przeciwieństwie do wici
organizmów prokariotycznych, które są
wytworem cytoplazmy, ale powstają na
powierzchni komórki, rzęski są
wypustkami cytoplazmy
 wewnątrz wypustek znajdują się
mikrotubule o wzorze 9*2+2, to
znaczy, że dwie mikrotubule znajdują
się w centrum rzęski a 9 dwójek w
części peryferycznej
 mikrotubule połączone są między sobą
białkiem dyneiną.
 rzęski występują zazwyczaj w dużej liczbie: na wolnej powierzchni komórki nabłonka tchawicy może być ich
nawet 250, komórka orzęska może mieć ich nawet kilkanaście tysięcy
 długość rzęski jest też bardzo różna i może wynosić od 5 do kilkunastu źm (u pantofelka może ok. 10 źm)
 grubość dochodzi do 0,25 źm.
Rzęski organizmów prokariotycznych, choć z zewnątrz podobne do wici jądrowców, mają całkiem inną budowę
wewnętrzną. Rzęski te składają się ze spiralnie skręconych włókien flageliny, które są zasadzone za pomocą haczyka i
białkowych pierścieni w zewnętrznych powłokach komórki. Owa konstrukcja nadaje rzęsce ruch obrotowy. Rzęski są
charakterystyczne dla orzęsków, larw morskich bezkręgowców, występują w komórkach tkanki nabłonkowej; u roślin
właściwie tylko w gametach sagowców i miłorzębu.