25. Цитоскелет: компоненты цитоскелета, их химический состав, функции.

26. Микрофиламенты.

27. Моторные белки – миозины.

28. Аппараты клеточной подвижности.

29. Актомиозиновые комплексы немышечных клеток

30. Механизм движения клеток по субстрату

31. Актомиозиновые комплексы в мышечных клетках.

32. Промежуточные филаменты.

33. Микротрубочки.

34. Моторные белки – динеины и кинезины.

25. Цитоскелет: компоненты цитоскелета, их химический состав, функции.

Актиновые микрофиламенты, 5-9 nm толщиной

• Есть в любых эукариотических клетках, состоят из двух перекрученных цепочек из молекул глобулярного актина, некоторых сократительных белков: миозина, тропомиозина, актинина, и других (винкулин, фрагмин, виллин) и имеют диаметр около 7-8 нм. Обладают полярностью, т.е. (+) и (–) концы неравноценны по строению, способности присоединять новые молекулы актина и т.д. Процессы сборки и разборки постоянно идут на обоих концах – динамическая нестабильность. Непосредственно участвуют в:

  • изменении формы клетки при распластывании

  • формировании сократительного кольца при цитотомии (делении перетяжкой)

  • прикреплении к субстрату

  • амебоидном движении

  • эндомитозе

  • перемещении везикул в клетках животных и растений

  • циклозе (движении цитоплазмы) в растительных клетках

  • мышечном сокращении

  • формировании адгезивных межклеточных контактов (пояс адгезии) и контактов между клеткой и внеклеточным матриксом - фокальный контакт

  • Места опосредованного прикрепления некоторых мембранных белков-рецепторов.

  • В клетках кишечника позвоночных — поддержание микроворсинок

У млекопитающих 6 изоформ актина: α - в мышечных клетках, β и γ-актин в немышечных.

Микротрубочки, (тубулины), 25 nm, центросома

Состоят из протофиламентов из гетеродимеров альфа- и бета-тубулина, полярны (+ конец со стороны бета-тубулина), используются для организации веретена деления, анизотропного транспорта в цитоплазме и поляризации клеток, формирования длинных клеточных отростков. Характеризуются динамической нестабильностью, когда рост сменяется быстрой деполимеризацией. Моторные белки – динеины и кинезины.

Центросома – основной ЦОМТ (центр организации микротрубочек) в клетке млеков, затравка для их появления.

Промежуточные филаменты, 10 nm

• Участие в создании прочной формы клеток и механической устойчивости. Взаимодействие с другими компонентами цитоскелета и плазматической мембраной.

• К категории ПФ относятся ламины, которые образуют ламину внутри ядра. Через белки-посредники ПФ цитоплазмы связаны с ламинами.

• Участие в распределении органелл и поддержание их локализации внутри клеток.

• Участие в движении липидов (ферменты метаболизма холестерина).

• Участие в создании адгезивных контактов между клетками (десмосомы) и между клеткой и внеклеточным матриксом (полудесмосомы). Поддержание целостности тканей.

• Участие в передачи сигналов внутри клеток.

Нет у высших растений и насекомых. ПФ строятся из фибриллярных мономеров, при созревании подвергаются компактизации и очень стабильны (время полуобмена порядка часов, обмен субъединицами по всей длине).

26. Микрофиламенты

Есть в любых эукариотических клетках, состоят из двух перекрученных цепочек (F-актин) из V-образных глобул G-актина. В полимере глобулы связаны продольными и поперечными связями и направлены в одну сторону, т.о. появляются оперённый (+) и заострённый (-) концы. Начинается образование филамента с нуклеации – появления ядра, затравки: тримера G-актина. Это довольно медленный процесс, т.к. сродство одного мономера к другому невелико. После появления ядра он идёт быстрее (элонгация), причем на + конце тоже быстрее, чем на – конце. Когда скорость полимеризации оказывается равна скорости деполимеризации, говорят о критической концентрации мономеров (равновесие). При этом может получиться, что на (+) конце преимущественно сборка, а на (-) конце разборка, и цепь микрофиламента движется от (+) конца к (–) концу, имеет место тредмиллинг («нарезание резьбы», круговорот мономеров).

Мономерный актин способен присоединять АТФ и АДФ. В полимерной форме он приобретает способность также самопроизвольно гидролизовать АТФ, тогда сначала получается актин с АДФ+Фн, затем постепенно диссоциирующий в АДФ-актин. NB: АТФ не нужен для полимеризации! Однако прочность соединения АТФ и АДФ+Фн связанных мономеров актина значительно больше чем связанных с АДФ, таким образом нуклеотиды регулируют постройку и разборку микрофиламентов. Также, именно АТФ-актин имеет сродство к + концу, именно он обуславливает их кинетическое различие.

Регуляция микрофиламентов.

Тимозин b4 (только высшие эукариоты и в основном подвижные, способные к фагоцитозу клетки) связывается с мономерами G-актина и ингибирует присоединение к филаментам. Профилин (почти все эукариоты) связывается с мономерами актина и полностью прекращает достройку с – конца. Способен обменивать нуклеотид у мономеров актина, пополняя таким образом количество АТФ-связанных мономеров.

Белки нуклеации: семейство Arp2/3 (обеспечивают ветвление филаментов, связывается с АТФ и АДФ+Фн актинами и диссоциируют на старых филаментах с АДФ-актином; именно их активируют сигнальные белки WASP/Scar) и формины (помогают нуклеации, защищают + от кэпирующих белков, создают неразветвлённые филаменты).

Кэпирующие белки CapZ и гельзолин садятся на оперённый конец и предотвращают дальнейшую полимеризацию.

Актиндеполимеризующий фактор (ADF)/кофилин обеспечивают разрезание и диссоциацию старых АДФ-филаментов.

Специфические ингибиторы микрофиламентов: цитохалазины B, D – дезорганизуют микрофиламенты в хаотичную систему коротких фибрилл. Приводят к нарушению формы клетки и уменьшению её механической прочности, обратимо. Используют для получения кариопластов и цитопластов. Латрункулин А – связываясь с G-актином деполимеризует микрофиламенты обратимо. Уменьшает механическую прочность и нарушает форму клетки. Фаллоидин (яд бледной поганки) – стабилизирует микрофиламенты взаимодействуя с F-актином.

Структуры: в основном представлены плотно упакованными пучками (связаны фимбрином, фасцином, виллином), рыхлыми пучками (a-актинин) и сетевыми структурами (филамин).

Где встречаются: разнообразные выпячивания цитоплазмы, филоподии и псевдоподии, микроворсинки и акросомальные выросты, стереоцилии и адгезивные контакты, кортикальные сети.