Cytoszkielet – budowa ultrastrukturalna i funkcje
1. Mikrofilamenty
1) morfologia i lokalizacja w komórce
· zbudowane z aktyny, dlatego często nazywane są filamentami aktynowymi; mają średnicę ok 7nm; znajdowane są we wszystkich kom. eukariotycznych i są niezbędne do wykonywania wielu ruchów
· każdy filament jest skręconym łańcuchem identycznych globularnych cząsteczek aktyny, ma strukturalną biegunowość, z końcem „+” i końcem „-”
· mogą być stabilne lub niestabilne – stabilizację zapewniają białka wiążące aktynę (ABP – tropomiozyna, winkulina, α-aktynina, spektryna I i II, miozyna I i II), część stabilnych filamentów aktynowych występuje w większości komórek, a niektóre tylko w wyspecjalizowanych (np mikrokosmki(A) na szczytowej powierzchni kom. rąbka szczoteczkowego w jelicie), mniej stabilne mogą pojawiac się okresowo, np pierścienie kurczliwe(D) i włókienka naprężeniowe(C).
2) charakterystyka aktyny G i F
aktyna G – globularna, występuje w kilku izoformach:
α – charakterystyczna dla mięśni (podtypy swoiste dla m. szkieletowych, m. sercowego i m. gładkich naczyń krwionośnych)
β – w cytoplazmie większości komórek
γ – w mięśniach gładkich trzewi
niezależnie od izoformy aktyna G polimeryzuje, tworząc wydłużone cząsteczki aktyny F; 2 nici aktyny F okręcają się dookoła siebie tworząc mikrofilament; cząsteczki aktyny G są spolaryzowane i ułożone zawsze w tym samym kierunku à dlatego cały filament jest spolaryzowany
3) polarność filamentów aktynowych w mikrokosmku, ultrastruktura mikrokosmka
· mikrokosmki à wystepują na wolnej powierzchni wielu kom. nabłonków pokrywających; są to niewielkie palczaste wypustki cytoplazmy; zwiększają pow. chłonną kom.; w niektórych kom. występują jako rąbek szczoteczkowy
· typowy mikrokosmek ma średnicę 80 nm i długośc ok 1 mikrometra (MM)
· stabilizację mikrokosmków zapewnia rdzeń z pęczka 20-30 mikrofilamentów z ABP* àzapewniają stabilizację filamentów, połączenie między sobą, z błoną kom., i z siateczką graniczną oraz ruchomość mikrokosmka
*miozyna I i kalmodulina – przyłączenie filamentów do błony kom.
*wilina i fimbryna – połączenie filamentów między sobą
*spektryna II – łączy filamenty u podstawy
*białka nukleacyjne – umocowanie zewn. końców filamentów do bł. kom.
*cytoplazmatyczne zakończenia filamentów aktynowych łączą się z siateczką graniczną zbudowaną także z filamentów aktynowych à taka budowa umożliwia ograniczoną ruchomość polegającą na skracaniu się
4) polarność filamentów aktynowych w sarkomerze mięśniowym
sarkomer à jednostka kurczliwa, dł ok 2,5 MM, ułożenie regularne (prążkowanie), składa się z filamentów aktynowych i miozyny II specyficznej dla mięśni
· filamenty miozynowe = grube – położone centralnie
· filamenty aktynowe = cienkie – rozciągają się do wewn. z każdego końca sarkomeru, gdzie są zakotwiczone swoim końcem „+” do linii Z
5) - konfiguracja filamentów aktynowych w komórce ruchliwej
wiele komórek porusza się raczej pełzając po powierzchniach niż pływając z użyciem rzęsek/wici (np ameby, granulocyty obojętnochłonne)
· prowadzący koniec pełzającej komórki wyciąga cienkie, blaszkowate lamellipodia zawierające gęstą, przestrzenną sieć filamentów aktynowych (końce + blisko błony)
· wiele kom. wysuwa też cienkie, sztywne filopodia (w dowolnym miejscu powierzchni kom.) szer ok 0,1 MM i dł 5-10 MM, zawierające luźny pęczek 10-20 filamentów aktynowych (końce + również na zewnątrz)
· błona kom. na końcu prowadzącym organizuje filamenty aktynowe lamellipodiów i filopodiów przez tworzenie agregatów białek, które rozpoczynają polimerazę aktyny; organizujące skupisko białek jest usytuowane na końcu „+” filamentu
2. Mikrotubule
1) morfologia mikrotubuli, centra organizujące mikrotubule, polarność mikrotubuli
· mikrotubule sa długimi rurkami o średnicy 25 nm i kanale wewn. o średnicy 15 nm; mogą występować w cytoplazmie pojedynczo lub tworzyć bardziej złożone układy, jak np wrzeciono kariokinetyczne lub rzęski
· zbudowane z podjednostek zwanych tubuliną, a ich stabilność zależy od białek dodatkowych, zwanych białkami towarzyszącymi mikrotubulom (MAP)
· każda cz. tubuliny jest dimerem składającym się z 2 globularnych białek – tubuliny α i β ; dimery tubuliny łączą się ze sobą i tworzą protofilamenty, w których cz. są uporządkowane
· każdy protofilament ma budowę spolaryzowaną, na biegunie „-„ występuje tubulina α, a na „+: - tubulina β (koniec rosnący szybciej) ;
· w komórce tworzą się pierścienie zbudowane z 13 cząsteczek tubuliny i wszystkie protofilamenty jednej mikrotubuli wzrastają jednocześnie powodujac jej wydłużenie; w r-rach cząsteczek tubuliny mikrotubule zaczynają się tworzyć samoistnie
· w odróżnieniu od filamentów pośrednich, mikrotubule zazwyczaj wyrastają z ośrodków organizacji takich jak centrosom, bieguny wrzeciona czy ciałko podstawne rzęski
centrosom = główny ośrodek organizujący mikrotubule w kom. zwierzęcych - organizuje mikrotubule w układ promieniujący (od jądra przez cytoplazmę); zawiea setki struktur o kształcie pierścienia utworzonych przez γ – tubulinę à kazdy taki pierścień służy jako pkt startowy lub miejsce nukleacji do wzrostu 1 mikrotubuli à dimery αβ – tubuliny łączą się z pierścieniem à koniec „-” osadzony w centrosomie, wzrost od końca „+”
2) różne wzory morfologiczne w przebiegu mikrotubul: sieć interfazowa (mikrotubule cytoplazmy) , wrzeciono podziałowe, rzęski i wici
· centriole – krótkie walce, ściana zbudowana z 9 tripletów mikrotubul; w kom. zwykle para centrioli w okolicach jądra; obie cientriole ustawione prostopadle do siebie, otoczone materiałem centrosomu; podobnie zbudowane są ciałka podstawowe, będące centrami nukleacji dla aksonem rzęsek i witek
· aksonema = rdzeń rzęsek i witek – z 9 dubletów mikrotubul wyrastających z tripletów ciałek podstawowych; w centrum aksonemy – 2 połączone mikrotubule; stabilność mikrotubul zapewniają MAP, a ruch całej mikrotubuli aksonemy zalezy od dyneiny rzęskowej (aksonemalnej)
· wrzeciono kariokinetyczne – w interfazie dochodzi do replikacji centrioli, a w profazie do ich przemieszczania się do biegunó kom, co powoduje rozpad mikrotubul cytoplazmatycznych à z uwolnionej tubuliny powstają nowe mikrotubule tworzące wrzeciono kariokinetyczne; mikrotubule kinetochorowe utrzymują początkowo chromosomy w płytce metafazalnej; mikrotubule astralne łączą centrosomy z białkami kory kom. co przyczynia się do właściwego ustalenia pozycji całego wrzeciona; mikrotubule biegunowe łącząc się ze sobą stabilizują cały układ; czasową stabilnośc mikrotubulom wrzeciona zapewniają białka oczapkowujące
3. Filamenty pośrednie
1) klasyfikacja i nazewnictwo filamentów pośrednich, właściwości biologiczne
· mają dużą wytrzymałość (po poddaniu kom. działaniu niejonowych detergentów i stężonych r-rów soli filamenty pośrednie pozostają, a reszta cytoszkieletu ulega zniszczeniu) ; ich główną funkcją jest umożliwienie kom. przeciwstawiania się mechanicznym stresom, które pojawiają się, gdy komórka ulegnie rozciąganiu
· dominują w obrębie cytoplazmy komórek narażonych na stresy mechaniczne, występują w dużej liczbie np wzdłuż aksonów kom. nerwowych, stanowiąc znaczące wzmocnienie; są w obrębie kom. mięśniowych i nabłonkowych; à w tych wszystkich kom. filamenty pośrednie poprzez napinanie się i rozkładanie efektu miejscowo przyłożonych sił zapobiegają pękaniu kom. i ich błon w odpowiedzi na rozciąganie
2) struktura podjednostek białkowych
· wytrzymałość filamentów pośrednich wynika z ich budowy; jednostką strukturalną jest białko włókienkowe: cz. środkowa ma charakter α-helisy, a na obu końcach znajdują się cz. globularne (A); białka włókienkowe tworzą dimery(B) przez nawinięcie się odc. środkowych wokół siebie (superhelisa) ; dwa dimery łączą się bokami à powstaje tetramer(C): tetramery występują częściowo jako niezwiązane w cytoplazmie, łączą się ze sona koniec do końca i bok do boku, ostatecznie formując filament pośredni(D)
3) białka towarzyszące filamentom
· znanych jest kilka zasadniczych rodz. białek budujących filamenty pośrednie; większość z nich znajduje się w cytoplazmie, a lamina występuje w jądrze kom.
· część białek tworzy homodimery, a część łączy się w pary z innymi białkami tworząc heterodimery
· homodimery – tworzą filamenty cytokreatynowe (typ I –kwaśne i II –zasadowe; kom. nabłonka + ich wytwory), neurofilamenty i filamenty wimetynowe (kom. mezenchymatyczne)
· heterodimery – desmina + wimetyna(kom. mięśniowe) i kwaśne białko glejowe GFAP + wimetyna(niektóre kom. glejowe)
anetushek