Wykład # 3
II Cytoszkielet
§ Cytoszkielet to składnik komórki zapewniający jej kształt.
§ Jest to zespół włókien białkowych decydujący o kształcie komórki i jej wewnętrznej organizacji.
§ Zaangażowany jest w transport i rozmieszczenie organelli komórkowych.
§ Odpowiada za ruch i skurcz komórki.
§ Składa się z mikrotubul (MT), filamentów pośrednich (IF) i mikrofilamentów (MF).
§ Poszczególne elementy mają różną lokalizację w komórce; mikrotubule zbierają się w centrum organizacji mikrotubul (w pobliżu centrioli); filamenty pośrednie tworzą skupiska w pobliżu jądra, błony komórkowej i są rozpostarte w komórce; mikrofilamenty są rozmieszczone nieregularnie w cytoplazmie i pobliżu błony.
1. Mikrotubule (MT)
§ Można lokalizować je przy pomocy mikroskopu elektronowego lub fluorescencyjnego.
§ Ich ilość w komórce zależy od typu komórki.
§ Nazwa „mikrotubule” pojawiła się w latach 60-tych (w 1963 toku wprowadzono do użycia aldehyd glutarowy pozwalający na utrwalenie badanych białek).
§ Mikrotubula zbudowana jest z 13 podjednostek zwanych protofilamentami, całość (tuba pusta w środku) osiąga średnicę 25 nm.
§ Protofilamenty zbudowane są z różnej liczby heterodimerów (tworów dwucząsteczkowych, przy czym każda z cząsteczek jest inna).
§ Heterodimery zawierają po jednej cząsteczce α-tubuliny (56 kD) i β-tubuliny (53 kD).
§ Każdy protofilament ma budowę spolaryzowaną (α-tubulina – biegun minus; β-tubulina – biegun plus).
§ Mikrotubule powstają w MTOC (Microtubules Organizing Center), z materiału pericentiolarnego (w okolicach centrioli, ale nie z nich samych).
§ Centrosom zbudowany jest z niewielkiej, amorficznej sferycznej macierzy; organizuje on mikrotubule w układ promienisty.
§ Centrosom zawiera setki pierścieniowatych struktur utworzonych przez γ-tubulinę; są to miejsca nukleacji (formowania).
§ Do pierścieniowatych struktur γ-tubuliny przyczepiają się heterodimery tubuliny przy czym z γ-tubuliną łączy się zawsze α-tubulina.
§ Mikrotubule są spolaryzowane; każda mikrotubula ma biegun polimeryzacji (+) oraz biegun depolimeryzacji (-). Na obu biegunach zachodzi zarówno polimeryzacja, jak i depolimeryzacja, jednak występuje znaczna różnica w prędkości zachodzenia tych procesów na każdym z biegunów.
§ Mikrotubule są strukturami dynamicznymi; mogą się wydłużać, skracać, rozpadać lub tworzyć na nowo. Ruch mikrotubul polega na polimeryzacji i depolimeryzacji (co jest wykorzystywane przy transporcie organelli komórkowych).
§ Odczynnikiem uniemożliwiającym polimeryzację mikrotubul (można zatrzymać podział komórki poprzez zahamowanie tworzenia wrzeciona kariokinetycznego) jest kolchicyna.
Centriole
§ Znajdują się we wnętrzu amorficznej struktury tworzącej mikrotubule.
§ Podjednostki są zawsze ułożone prostopadle do siebie (co widać na elektronogamach).
§ Na przekroju poprzecznym można zaobserwować, że zbudowane są z 9 tripletów mikrotubul (ułożonych peryferycznie).
MAP (Microtubule Associated Proteins) – białka towarzyszące mikrotubulom
§ Stabilizują mikrotubule i nadają im określone funkcje.
§ MAP1, MAP2, tau – pobudzają formowanie się mikrotubul (bez nich proces ten jest znacznie spowolniony).
§ Białka motoryczne – mogą aktywnie poruszać się wzdłuż mikrotubul. Dyneina i kinezyna odpowiadają za ukierunkowany transport organelli komórkowych. Główki cząsteczek łączą się z podjednostkami tubuliny, a ogonki ze strukturami komórkowymi.
o Dyneina posiada łańcuch lekki i przemieszcza się w kierunku bieguna (-)
o Kinezyna posiada łańcuch ciężki i przemieszcza się w kierunku bieguna (+)
Funkcje mikrotubul:
§ Mikrotubule stabilne budują szkielet rzęsek i wici (w części bazalnej układ 9 x 3; w cześci dystalnej układ 9 x 2 + 2).
§ Mikrotubule dynamiczne odpowiadają za podział komórki, modulację topografii plazmalemmy, organizację wnętrza cytoplazmy i kształt komórki.
Rzęski (cilia) i wici.
§ Rzęski są znacznie krótsze niż wici; średnica obu około 0,25 μm.
§ Rdzeń zbudowany ze stabilnych mikrotubul (zebranych w pęczek = askonema), wyrastających z ciałka podstawowego (bazalnego).
§ Ośrodek organizacyjny rzęski/wici (ośrodek nukleacji) znajduje się w cytoplazmie.
§ Rzęska/wić otoczona jest błoną komórkową.
§ Wolna część rzęski zbudowana jest według schematu 9 x 2 + 2.
§ Dwie mikrotubule centralne są kompletne (złożone z 13 protofilamentów każda), ściśle zespolone białkiem – neksyną.
§ Mikrotubule obwodowe dzielimy na MTA (wewnętrzne) i MTB (zewnętrzne).
§ MTA jest kompletna i łączy się z mikrotubulami centralnymi przy pomocy szprychy promienistej; jest połączona z dwoma ramionami dyneinowymi.
§ MTB jest niekompletna (zawiera 10 – 11 protofilamentów)
§ Ruch rzęsek i wici polega na ślizganiu się mikrotubuli obwodowych (jedna po drugiej); ruch zginający rdzenia generowany jest przez dyneinę rzęskową. Rzęska porusza się ruchem biczykowatym, a wić – śrubowatym lub falującym.
2. Filamenty pośrednie (IF)
§ Są to filamenty o średnicy około 10nm.
§ Zbudowane inaczej niż mikrotubule, ale również polimerycznie:
monomer à dimer à tetramer à filamenty pośrednie (bardzo mocno poskręcane)
§ Ich budowa biochemiczna jest specyficzna tkankowo; zbudowane są z różnych białek, w zależności od miejsca występowania.
§ Mogą tworzyć pęczki lub sieci.
§ Usztywniają konstrukcję wydłużonych wypustek komórek nerwowych.
§ Utrzymują właściwą lokalizacją oraz kształt niektórych organelli komórkowych (np. wokół jądra komórkowego).
§ Wykazują morfologiczne powiązania z błoną komórkową i otoczką jądrową.
§ Zapewniają komórkom i tkankom wytrzymałość mechaniczną; są stabilne, wytrzymałe na rozciąganie i odporne na działanie różnych związków chemicznych.
Typy filamentów pośrednich:
§ Filamenty keratynowe zbudowane są z keratyny typu I i typu II, występują w komórkach nabłonka.
§ Filamenty wimentynowe występują w komórkach tkanki łącznej np. w fibroblastach.
§ Filamenty desminowe zbudowane są z desminy, występują w tkance mięśniowej.
§ Neurofilamenty mogą być budowane przez neurofilaminę L, neurofilaminę M lub neurofilaminę H; wypełniają one wypustki komórek nerwowych (np. aksony).
§ Filamenty glejowe budowane są przez kwaśne białka glejowe, występują w komórkach glejowych (w tkance glejowej).
Laminy jądrowe
§ Wykazują cechy filamentów pośrednich (są do nich strukturalnie podobne).
§ Mają zbliżony skład aminokwasowy, właściwości immunologiczne.
§ Podobnie jak IF, laminy tworzą sieci.
§ Laminy nie są jednak tak stabilne jak IF cytoplazmatyczne (ulegają fosforylacji i defosforylacji podczas podziału komórkowego).
§ Laminy nie są specyficzne tkankowo.
§ Laminy zorganizowane są w dwuwymiarową sieć.
IFAD – białka towarzyszące filamentom pośrednim
§ Białka te są morfologicznie i strukturalnie spokrewnione z filamentami pośrednimi; dzielimy je na cztery klasy.
o Małocząsteczkowe (np. filagryna wiąże wolne filamenty pośrednie w zwarte agregaty).
o Wielkocząsteczkowe – wiążące filamenty pośrednie krzyżowo w luźne sieci.
o Klasa III – sprzęgające końce filamentów pośrednich z błoną komórkową.
o Klasa IV - sprzęgające IF z otoczką jądrową.
2
cyrylek12