- •Общая организация митотических хромосом
- •Часть I. Введение. Предмет клеточной биологии
- •Глава 1. Клеточная теория
- •1. Клетка – элементарная единица живого
- •2. Клетка – единая система сопряженных функциональных единиц
- •3. Гомологичность клеток
- •4. Клетка от клетки
- •5. Клетки и многоклеточный организм
- •6. Тотипотентность клеток
- •Глава 2. Методы клеточной биологии
- •Световая микроскопия
- •Витальное (прижизненное) изучение клеток
- •Изучение фиксированных клеток
- •Электронная микроскопия
- •Контрастирование корпускулярных объектов
- •Ультрамикротомия
- •Фракционирование клеток
- •Часть II. Строение и химия клеточного ядра Глава 3. Центральная догма молекулярной биологии
- •Глава 4. Морфология ядерных структур Роль ядерных структур в жизнедеятельности клетки
- •Ядерные компоненты прокариот
- •Ядро эукариотических клеток
- •Эухроматин и гетерохроматин
- •Хромосомный цикл
- •Общая морфология митотических хромосом
- •Клеточный цикл эукариот
- •Эндорепродукция и полиплоидия
- •Глава 5. Структура и химия хроматина
- •Основные белки хроматина - гистоны
- •Нуклеосомы при репликации и транскрипции
- •Второй уровень компактизациии – 30 нм фибрилла
- •Негистоновые белки
- •Глава 6. Ядерный белковый матрикс Общий состав ядерного матрикса
- •Днк ядерного белкового матрикса
- •Четвертый – хромонемный уровень упаковки хроматина
- •Глава 7. Общая организация митотических хромосом
- •Часть III
- •Глава 8. Ядрышко – источник рибосом
- •Ядрышко во время митоза: периферический хромосомный материал
- •Глава 9. Нерибосомные продукты клеточного ядра Транскрипция нерибосмных генов
- •Морфология рнп-компонентов в ядре
- •Глава 10. Ядерная оболочка
- •Часть IV. Цитоплазма
- •Глава 11. Гиалоплазма и органеллы
- •Глава 12. Общие свойства биологических мембран
- •Глава 13. Плазматическая мембрана
- •Клеточная стенка (оболочка) растений
- •Глава 14. Вакуолярная система внутриклеточного транспорта
- •Глава 15. Аппарат (комплекс) Гольджи
- •Глава 16. Лизосомы
- •Глава 17. Гладкий ретикулум и другие мембранные вакуоли
- •Часть V. Цитоплазма: системы энергообеспечения клеток
- •Глава 18. Митохондрии – строение и функции
- •Глава 19. Пластиды
- •Часть VI. Цитоплазма: Опорно-двигательная система (цитоскелет)
- •Глава 20. Промежуточные филаменты
- •Глава 21.Микрофиламенты
- •Глава 21. Микротрубочки
- •Глава 23. Клеточный центр
- •Двигательный аппарат бактерий
- •Часть VII. Механизмы клеточного деления. Глава 24. Митотическое деление клеток. Общая организация митоза
- •Различные типы митоза эукариот
- •Центромеры и кинетохоры
- •Длительность фаз митоза
- •Глава 25. Мейоз
- •Глава 26. Регуляция клеточного цикла
- •Фактор стимуляции митоза
- •Циклины
- •Регуляция клеточного цикла у млекопитающих
- •Глава 27. Гибель клеток: некроз и апоптоз
- •Апоптоз
Глава 20. Промежуточные филаменты
Промежуточные филаменты (ПФ) строятся из фибриллярных мономеров. Поэтому основная конструкция промежуточных филаментов напоминает канат, имеющий толщину около 8-10 нм. Они локализуются главным образом в околоядерной зоне и в пучках фибрилл, отходящих к периферии клеток и располагающихся под плазматической мембраной (рис. 238, 240, 241). Встречаются промежуточные филаменты во всех типах клеток животных, но особенно обильны в тех, которые подвержены механически воздействиям: клетки эпидермиса, нервные отростки, гладкие и исчерченные мышечные клетки. В клетках растений ПФ не обнаружены.
В состав промежуточных филаментов входит большая группа изобелков, родственных белков, которую можно разделить на четыре типа. Первый – кератины, кислые и нейтральные, встречающиеся в эпителиальных клетках; они образуют гетерополимеры из этих двух подтипов. Кератины, кроме того, имеют некоторую гетерогенность, зависящую от тканевого источника. Так, в эпителиях встречается до 20 форм кератинов, 10 форм других кератинов найдено в волосах и ногтях. Молекулярный вес кератинов колеблется от 40 до 70 тыс.
Второй тип белков ПФ включает в себя три вида белков, имеющих сходный молекулярный вес (45-53 тыс.). Это – виментин, характерный для клеток мезенхимного происхождения, входящий в состав цитоскелета клеток соединительной ткани, эндотелия, клеток крови. Десмин – характерен для мышечных клеток, как гладких, так и исчерченных. Глиальный фибриллярный белок входит в состав ПФ некоторых клеток нервной глии – в астроциты и некоторые Шванновские клетки. Периферин – входит в состав периферических и центральных нейронов.
Третий тип – белки нейрофиламентов (мол. вес от 60 до 130 тыс.) встречается в аксонах нервных клеток.
И наконец, четвертый тип – белки ядерной ламины. Хотя эти последние имеют ядерную локализацию, они сходны по строению и свойствам со всеми белками промежуточных филаментов.
Как уже говорилось, промежуточные филаменты, построены из фибриллярных белков наподобие каната. При этом некоторые белки могут образовывать сополимеры, например виментин с десмином, или виментин с глиальными белками.
Все белки промежуточных филаментов обладают сходной аминокислотной последовательностью из 130 остатков в центральной части фибриллярной молекулы, которая обладает -спиральным строением. Концевые же участки молекул имеют разные последовательности аминокислот, разную длину, и не имеют -спирального строения. Наличие протяженных -спиральных участков позволяет двум молекулам образовывать двойную спираль, подобно тому, что приводит к образованию палочковидного димера, длиной около 48 нм. Два димера, объединяясь бок о бок, образуют короткий протофиламент, тетрамер, толщиной около 3 нм. Такие протофиламенты могут объединяться в более толстые и длинные фибриллы и в конечном итоге в промежуточный полный филамент, состоящий из 8 продольных протофиламентов (рис. 242).
Иначе полимеризуются белки ядерной ламины: они образуют димеры с головками на одном конце и полимеризуются, образую рыхлую прямоугольную решетку. Такие слои ламины быстро разрушаются во время митоза при фосфорилировании ламинов.
Цитоплазматические промежуточные филаменты относятся к самым стабильным и долгоживущим элементам цитоскелета. Однако in vivo наблюдается включение инъецированных меченых молекул кератина в состав ПФ эпителиальных клеток. ПФ устойчивы к действию солей низкой и высокой концентрации, разрушаются только после воздействия денатурирующих растворов, таких как мочевина.
Такая структура и химическая устойчивость промежуточных филаментов, вероятно, определяет и их физическую устойчивость. Они служат как бы истинно опорной системой в клетках подвергающихся значительным физическим нагрузкам. В клетках кожного эпидермиса промежуточные филаменты образуют пучки (тонофиламенты), связанные с десмосомами, и создают жесткую внутриклеточную сеть (рис. 243). Так, в нервных аксонах, простирающихся на многие десятки сантиметров, ПФ или нейрофиламенты создают жесткую основу, обеспечивающую гибкость и целостность тонких цитоплазматических отростков нервных клеток. В поперечно исчерченных мышечных клеток десминовые филаменты входят в состав z-дисков и связывают их друг с другом как в составе саркомера, так и в соседних миофибриллах, а также с плазматической мембраной.
Специфических ингибиторов полимеризации белков промежуточных филаментов пока еще не найдено. Поэтому остается неясным сам процесс сборки и разборки этих элементов цитоскелета в живой клетке. Вероятнее всего, что они подобно ламинам деполимеризуются при действии цитоплазматических киназ, приводящих к их фосфорилированию. Выделенные промежуточные филаменты под действием фосфорилаз могут распадаться на мономеры, деполимеризоваться.
Топографически в клетке расположение промежуточных филаментов повторяет расположение микротрубочек, они как бы идут бок о бок. При разрушении микротрубочек колхицином, происходит т.н. колапс промежуточных филаментов: они собираются в плотные пучки или кольца вокруг ядра. Восстановление новой сети промежуточных филаментов начинается от зоны клеточного центра. Это наводит на мысль, что центром их полимеризации или нуклеации могут быть центры, общие с микротрубочками.