AKTINAS: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, SIŪLAI, FUNKCIJA - BIOLOGIJA - 2025

Aktino yra citozolyje baltymas, kuris sudaro mikrofilamentas. Eukariotuose aktinas yra vienas gausiausių baltymų. Pavyzdžiui, jis sudaro 10% viso raumenų ląstelių baltymų masės; ir nuo 1 iki 5% baltymų ne raumenų ląstelėse.

Šis baltymas kartu su tarpiniais siūlais ir mikrotubuliais sudaro citoskeletą, kurio pagrindinė funkcija yra ląstelės mobilumas, ląstelių formos palaikymas, ląstelių dalijimasis ir organelių judėjimas augaluose, grybuose ir gyvūnuose.

Šaltinis: Sarcomere.svg: Davido Richfieldo („Slashme“ vartotojo) darinys: „Retama“

Aktyvinio citoskeleto izoformos turi skirtingas funkcijas, tokias kaip: reguliavimas vystant aktyviąją lygiųjų raumenų įtampą, ląstelių ciklas, embriono vystymasis, audinių vystymasis ir žaizdų gijimas.

Evoliucijos požiūriu aktinas yra labai konservuotas baltymas. Įvairių rūšių homologija yra apie 90%. Vienaląsčiuose organizmuose vienas genas koduoja aktino izoformą. Tuo tarpu daugialąsteliniuose organizmuose skirtingi genai koduoja daugybę aktino izoformų.

Aktinas kartu su miozinu buvo pagrindinės struktūros evoliucinėje eukariotinių organizmų evoliucijoje ir jų įvairinime, nes jie leido judėti nesant kitų struktūrų, tokių kaip žiogeliai ir žievės.

Struktūra: aktino gijos

Aktinas yra rutulinis vienos grandinės polipeptido baltymas. Raumenyse aktino molekulinė masė yra maždaug 42 KDa.

Šis baltymas turi du domenus. Kiekvienas turi du padomenius ir tarpą tarp sričių. ATP - Mg ⁺² jungiasi su plyšio apačia. Amino ir karboksilo galai susitinka 1 padomenyje.

Aktinas G ir aktinas F

Yra dvi pagrindinės aktino formos: aktino monomeras, vadinamas G-aktinu; ir gijinis polimeras, sudarytas iš G-aktino monomerų, vadinamų F-aktinu. Aktino siūlai, stebimi elektronų mikroskopu, turi siaurus ir plačius regionus, atitinkamai 7 nm ir 9 nm skersmens.

Išilgai gijų, aktino monomerai sudaro sandariai supakuotą dvigubą spiralę. Pasikartojantis vienetas išilgai gijų susideda iš 13 spiralių ir 28 aktino monomerų, o jo atstumas yra 72 nm.

Aktino siūlas turi du galus. Vieną suformuoja tarpas, jungiantis ATP - Mg ⁺² , esantis ta pačia kryptimi visuose siūlo aktino monomeruose, vadinamuose (-) galu; o kitas galas yra priešingas, vadinamas (+) pabaiga. Todėl sakoma, kad aktino siūlas turi poliškumą.

Šie komponentai dažnai vadinami mikrofilamentais, nes jie yra mažiausio skersmens citoskeleto komponentai.

Kur randame aktino?

Aktinas yra ypač paplitęs baltymas eukariotų organizmuose. Iš visų ląstelių baltymų, aktinas sudaro apie 5–10% - priklausomai nuo ląstelės tipo. Kepenyse, pavyzdžiui, kiekviena iš ląstelių, kad jį sudarančių turi beveik 5,10 ⁸ aktino molekules.

charakteristikos

Dviejų formų aktinas, monomeras ir gijiniai, nuolat keičiasi tarp polimerizacijos ir depolimerizacijos. Apskritai yra trys svarbiausios šio reiškinio savybės:

1) Aktino gijos yra būdingos raumeninio audinio struktūrai ir eukariotų ląstelių citoskeletui.

2) Polimerizacija ir depolimerizacija yra dinamiškas procesas, kuris yra reguliuojamas. Kur abiejuose galuose vyksta G-ATP-Mg ⁺² aktino monomerų polimerizacija arba agregacija . Ar šis procesas įvyks, priklauso nuo aplinkos sąlygų ir baltymų.

3) Aktyvinis citoskeletas sudarančių pluoštų ir tinklainių susidarymas suteikia jėgą ląstelių judrumui. Tai priklauso nuo baltymų, kurie dalyvauja formuojant kryžminius ryšius.

funkcijos

Raumenų susitraukimas

Skeleto raumenų funkcinis ir struktūrinis vienetas yra sarkomeras, turintis dviejų tipų gijas: plonieji gijos, kurias sudaro aktinas, ir storoji gijos, kurias sudaro miozinas. Abi gijos yra išdėstytos pakaitomis, tiksliai geometriškai. Jie leidžia susitraukti raumenims.

Plonos gijos yra pritvirtintos prie sričių, vadinamų Z diskais. Ši sritis susideda iš pluoštų tinklo, kuriame randamas CapZ baltymas ir prie kurio tvirtinami aktino gijų galai (+). Šis inkaras apsaugo nuo (+) galo depolimerizacijos.

Kita vertus, tropomodulinas yra aktino gijų galuose (-) ir apsaugo juos nuo depolimerizacijos. Be aktino, ploni siūlai turi tropomioziną ir troponiną, kurie kontroliuoja aktomiozino sąveiką.

Kaip vyksta raumenų susitraukimai?

Raumenų susitraukimo metu stori siūlai atlieka sukamuosius judesius, plonus siūlus traukdami link sarkomenro vidurio. Dėl to slysta šiurkščiavilnių ir ploni pluoštai.

Taigi storų ir plonų gijų ilgis išlieka pastovus, tačiau padidėja abiejų gijų sutapimas. Sarkamerio ilgis mažėja dėl plonų gijų tvirtinimo prie Z diskų.

Kaip sustabdyti raumenų susitraukimą?

ATP yra ląstelės energinė valiuta. Todėl beveik visada jis yra gyvuose raumenų audiniuose. Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, turi būti mechanizmai, kurie leistų atpalaiduoti raumenį ir sulaikyti susitraukimus.

Du baltymai, vadinami tropomiozinu ir troponinu, vaidina pagrindinį vaidmenį šiame reiškinyje. Jie kartu blokuoja miozino jungimosi vietas (taip užkertant kelią jo prisijungimui prie aktino). Dėl to raumuo atsipalaiduoja.

Priešingai, mirdamas gyvūnas patiria reiškinį, vadinamą griežtumu. Atsakingas už šį skerdenos sukietėjimą yra miozino ir aktino sąveikos blokavimas netrukus po gyvūno mirties.

Viena iš šio reiškinio pasekmių yra ATP poreikis, norint išlaisvinti dvi baltymo molekules. Logiška, kad negyvuose audiniuose ATP nėra ir šis išleidimas negali įvykti.

Kiti judėjimo tipai

Tas pats mechanizmas, kurį aprašėme (vėliau gilinsimės į judesio mechanizmą), neapsiriboja gyvūnų raumenų susitraukimais. Tai atsakinga už amebioidinius judesius, kuriuos stebime amebose ir kai kuriose kolonijinėse pelėsiuose.

Panašius mechanizmus lemia ir citoplazminis judėjimas, kurį stebime dumbliuose ir sausumos augaluose.

Aktino gijų polimerizacijos ir depolimerizacijos reguliavimas

Lygaus raumens audinio ir ląstelių susitraukimas padidina F-aktino ir sumažėja G-aktino kiekį. Aktino polimerizacija vyksta trimis etapais: 1) branduolys, lėtas žingsnis; 2) pailgėjimas, greitas žingsnis; ir 3) pastovi būsena. Polimerizacijos greitis yra lygus depolimerizacijos greičiui.

Aktino gija auga (+) gale greičiau nei (-) gale. Pailgėjimo greitis yra proporcingas aktino monomerų koncentracijai pusiausvyroje su aktino gijomis, vadinama kritine koncentracija (Cc).

(+) Galo Cc yra 0,1 µM, o (-) galo - 0,8 µM. Tai reiškia, kad norint + polimerizuoti (+) galą, reikia 8 kartus mažesnės aktino monomerų koncentracijos.

Aktino polimerizaciją daugiausia reguliuoja beta4 tirozinas (TB4). Šis baltymas suriša G aktiną ir sulaiko jį, neleidžiant jam polimerizuotis. Tuo tarpu profilinas skatina aktino polimerizaciją. Profilinas jungiasi prie aktino monomerų, palengvindamas polimerizaciją (+) gale, disociuodamas aktino-TB4 kompleksą.

Kiti veiksniai, tokie kaip jonų (Na ⁺ , K ⁺ arba Mg ⁺² ) padidėjimas, skatina gijų susidarymą.

Aktino citoskeleto formavimas

Aktino citoskeleto formavimui reikalingas kryžminis ryšys tarp aktino gijų. Šiuos ryšius formuoja baltymai, kurių išskirtinės savybės yra: jie turi aktiną surišančius domenus; daugelis turi domenus, homologiškus kalponinui; ir kiekvienas baltymo tipas yra ekspresuojamas tam tikro tipo ląstelėse.

Filopodijoje ir streso pluoštuose kryžminius ryšius tarp aktino gijų sudaro fascina ir filaminas. Dėl šių baltymų aktino gijos yra lygiagrečios arba turi skirtingus kampus. Taigi aktino gijos apibūdina ląstelės formą.

Ląstelės, kurioje yra daugiausia aktino gijų, regionas yra netoli plazmos membranos. Šis regionas vadinamas žieve. Žievės citoskeletas yra organizuojamas skirtingais būdais, atsižvelgiant į ląstelės tipą, ir yra sujungtas su plazmos membrana per surišančius baltymus.

Kai kurie iš geriausiai aprašytų citoskeletų yra raumenų ląstelės, trombocitai, epitelio ląstelės ir eritrocitai. Pavyzdžiui, raumenų ląstelėse distrofiną surišantis baltymas jungia aktino siūlus su vientisu membranoje esančiu glikoproteinų kompleksu. Šis kompleksas jungiasi su tarpląsteliniais matricos baltymais.

Aktino ir miozino sąveikos veikimo modelis

Raymento vadovaujami tyrėjai pasiūlė keturių žingsnių modelį, paaiškinantį aktino ir miozino sąveiką. Pirmasis žingsnis yra ATP prisijungimas prie miozino galvų. Šis surišimas sukelia baltymo konformacinius pokyčius, atlaisvinant jį iš mažame gijyje esančio aktino.

Tada ATP hidrolizuojamas iki ADP, išskiriant neorganinį fosfatą. Miozino molekulė prisitvirtina prie naujo aktino subvieneto, sukurdama didelės energijos būseną.

Neorganinio fosfato išsiskyrimas lemia miozino pokyčius ir grįžta prie pradinės konformacijos ir mažų gijų judėjimo storų gijų atžvilgiu. Šis judėjimas sukelia abiejų sarkomenro galų judėjimą, suartindamas juos.

Paskutinis žingsnis apima ADP išleidimą. Šiuo metu miozino galva yra laisva ir gali prisijungti prie naujos ATP molekulės.

Ląstelių judėjimas, kurį lemia aktino polimerizacija

Sraigiamasis judrumas yra tam tikros rūšies ląstelių judrumas. Šio tipo judrumo žingsniai yra: sukibimo lyderio ašies projekcija į pagrindą; sukibimas su pagrindu; galinis atitraukimas; ir sukibimas.

Lyderio ašies projekcijai reikalingi baltymai, kurie dalyvauja aktino gijų polimerizavime ir depolimerizavime. Lyderio ašis randama ląstelių žievėje, vadinamoje lamellipodium. Ašies projekcijos žingsniai yra šie:

- receptorių aktyvinimas tarpląsteliniu signalu.

- Aktyvių GTPazių ir 4,5-bisfosfato fosfoinositolio (PIP ₂ ) formavimas .

- WASp / Scar ir Arp2 / 3 baltymų, kurie jungiasi su aktino monomerais, aktyvinimas, sudarant šakas aktino gijose.

- Spartus aktino gijų augimas miozinu dekoruotame šakos gale. Membrana pastumiama į priekį.

- Pailgėjimo, kurį sukelia apvalkalo baltymai, pabaigimas.

- ATP, sujungto su aktinu, hidrolizė senesniuose siūluose.

- ADF / kofilino skatinamų siūlų aktino-ADP depolimerizacija.

- ADP keitimasis ATP, katalizuojamas profilino, sukuriant G-ATP aktiną, pasiruošiantį pailginti šakas.

Su aktina susijusios ligos

Raumenų distrofija

Raumenų distrofija yra degeneracinė skeleto raumenų liga. Ji paveldima recesiškai ir yra susijusi su X chromosoma. Daugiausia ja serga vyrai, kurių populiacija dažna (vienas iš 3500 vyrų). Šių vyrų motinos yra heterozigotinės besimptomės, joms gali trūkti šeimos istorijos.

Yra dvi raumenų distrofijos formos, Duchenne ir Becker, ir abi jas sukelia distrofino geno defektai. Šie defektai susideda iš trynimų, kurie pašalina aksonus.

Dystropinas yra baltymas (427 KDa), formuojantis kryžminius ryšius tarp aktino gijų. Jis turi aktiną surišantį domeną N gale ir membraną surišančią domeną C gale. Tarp abiejų domenų yra trečiasis vamzdinis domenas, sudarytas iš 24 tandemų pakartojimų.

Raumenų žievės retikulume distrofinas dalyvauja jungdamas aktino siūlus prie plazmos membranos per glikoproteinų kompleksą. Šis kompleksas taip pat jungiasi su tarpląsteliniais matricos baltymais.

Pacientams, kuriems trūksta funkcinio distrofino ir Duchenne raumenų distrofijos, žievės citoskeletas nepalaiko plazmos membranos. Dėl to pakartotinių raumenų susitraukimų stresas pažeidžia plazmos membraną.

Nuorodos

1. Devlin, TM 2000. Biochemija. Redakcijos reversas, Barselona.
2. Gunst, SJ, ir Zhang, W. 2008. Aktino citoskeleto dinamika lygiuosiuose raumenyse: nauja lygiųjų raumenų susitraukimų reguliavimo paradigma. Am J Physiol Cell Physiol, 295: C576-C587.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Ląstelinė ir molekulinė biologija. Redakcija „Medica Panamericana“, Buenos Airės, Bogota, Karakasas, Madridas, Meksika, San Paulo.
4. Nelsonas, DL, Cox, MM 2008. Lehningeris - biochemijos principai. WH Freeman, Niujorkas.
5. Pfaendtner, J., De La Cruz, EM, Voth, G. 2010. Aktino gijų rekonstravimas aktino depolimerizacijos koeficientu / kofilinu. PNAS, 107: 7299-7304.
6. Pollard, TD, Borisy, GG 2003. Ląstelinis judėjimas, varomas montuojant ir išardant aktino siūlus. Cell, 112: 453-465.