Отделна група цитоскелетни протеини са микротубулните протеини. Те включват тубулин, протеини, свързани с микротубули (MAP 1, MAP 2, MAP 4, тау и т.н.) и транслокаторни протеини (динеин, кинезин, динамин). Микротубулите са протеинови тубулни структури с диаметър около 25 nm и дължина до няколко десетки микрометра; дебелината на стената им е около 6 nm. Те са основен компонент на цитоплазмата на еукариотните клетки. Микротубулите образуват вретеното на делене (ахроматична фигура) при митоза и мейоза, аксонема (централна структура) на подвижните реснички и флагели, стената на центриолите и базалните тела. Микротубулите играят важна, ако не и ключова, роля в клетъчната морфогенеза и в някои видове клетъчна подвижност.
Стените на микротубулите са изградени от протеина тубулин, който представлява 90% от теглото. Тубулинът е глобуларен протеин, който съществува като димер от α- и β-субединици с молекулно тегло ~55 kDa. Микротубулът има формата на кух цилиндър, чиято стена се състои от линейни вериги от тубулинови димери, така наречените протофиламенти. В протофиламентите α-субединицата на предишния димер е свързана с β-субединицата на следващия. Димерите в съседни протофиламенти се изместват един спрямо друг, образувайки спирални редове. Напречното сечение показва 13 тубулинови димера, което съответства на 13 протофиламента в
микротубулна стена (фиг. 9). Всяка субединица съдържа около 450 аминокиселини и аминокиселинните последователности на субединиците са приблизително 40% хомоложни една на друга. Тубулинът е GTP-свързващ протеин и β-субединицата съдържа лабилно свързана GTP или GDP молекула, която може да обменя с GTP в разтвор, а α-субединицата съдържа плътно свързана GTP молекула.
Ориз. 9. Микротубулна структура.
Тубулинът е способен на спонтанна полимеризация in vitro. Такава полимеризация е възможна при физиологични температури и благоприятни йонни условия (отсъствие на Ca2+ йони) и изисква два фактора: висока концентрация на тубулин и наличие на GTP. Полимеризацията е придружена от хидролиза на GTP и тубулинът в микротубула остава свързан с GDP, докато неорганичният фосфат преминава в разтвор.
Полимеризацията на тубулина се състои от две фази: нуклеация и удължаване. По време на нуклеацията се образуват семена, а по време на
елонгация - тяхното удължаване с образуване на микротубули. Трябва да се отбележи, че по време на полимеризацията на тубулина субединиците се добавят само в краищата на микротубулите.
Противоположните краища на микротубулите се различават по скорост на растеж. Бързо растящият край се нарича плюс край, а бавно растящият край се нарича минус край на микротубула (виж Фиг. 9). В клетката (–) краищата на микротубулите обикновено са свързани с центрозомата, докато (+) краищата са насочени към периферията и често достигат до самия ръб на клетката.
Микротубулите са податливидинамична нестабилност.
При постоянно количество полимер настъпва спонтанен растеж или скъсяване на отделни микротубули до пълното им изчезване. Поради забавянето на хидролизата на GTP във връзка с включването на тубулин, в края на микротубула, който е в процес на растеж, се образува GTP капачка, състояща се от 9-18 молекули GTP-тубулин. Капачката на GTP стабилизира края на микротубула и насърчава по-нататъшния му растеж. Ако скоростта на включване на нови хетеродимери е по-малка от скоростта на GTP хидролиза или в случай на механично разкъсване на микротубула, се образува край без GTP капачка. Този край има намален афинитет към нови тубулинови молекули; той започва да го разбира.
Полимеризацията и деполимеризацията на микротубулите се предизвиква от промени в температурата, йонните условия или използването на специални химични агенти. Сред веществата, които причиняват необратимо разглобяване, широко се използват индолови алкалоиди (колхицин, винбластин, винкристин и др.).
СВЪРЗАНИ С МИКРОТРУБКИ ПРОТЕИНИ
Протеините, свързани с микротубули, се разделят на две групи: структурни MAP (свързани с микротубули протеини) и протеини, свързани с микротубули.
транслокатори.
Структурни IDA
Общо свойство на структурните MAP е тяхната постоянна връзка с микротубулите. Друго общо свойство на тази група протеини е, че за разлика от транслокаторните протеини, когато взаимодействат с тубулина, всички те се свързват към С-терминалната част на молекулата с размер около 4 kDa.
Има високомолекулни MAP 1 и MAP 2, тау протеини с молекулно тегло от около 60-70 kDa и MAP 4 или MAP U с молекулно тегло от около 200 kDa.
Така молекулата MAP 1B (представител на протеиновата група MAP 1) е стехиометричен комплекс от една тежка и две леки вериги, тя е удължена пръчковидна молекула с дължина 190 nm, имаща в единия край глобуларен домен 10 nm в диаметър (очевидно, място за свързване на микротубули). ); молекулното му тегло е 255,5 kDa.
MAP 2 е термостабилен протеин. Той запазва способността си да взаимодейства с микротубулите и да остава в състава им в няколко цикъла на сглобяване-демонтаж след нагряване до 90°C.
Структурните MAP са в състояние да стимулират инициирането и удължаването и да стабилизират готовите микротубули; зашиване на микротубули в снопове. Кратко α-
спирални хидрофобни последователности в N-края на MAP и tau, затваряйки MAP молекулите, разположени върху съседни микротубули, като цип. Биологичната роля на такова кръстосано свързване може да бъде стабилизиране на структурите, образувани от микротубулите в клетката.
Към днешна дата експериментални изследвания са установили, че в допълнение към регулирането на динамиката на микротубулите, структурните MAP имат още две основни функции: клетъчна морфогенеза и участие във взаимодействието на микротубулите с други вътреклетъчни структури.
Транслокаторни протеини
Отличителна черта на протеините от тази група е способността да преобразуват енергията на АТФ в механична сила, която може да движи частици по протежение на микротубули или микротубули по протежение на субстрата. Съответно транслокаторите са механохимични АТФази и тяхната АТФазна активност се стимулира от микротубули. За разлика от структурните MAP, транслокаторите са свързани с микротубули само по време на ATP-зависимо движение.
Транслокаторните протеини се разделят на две групи: кинезин-подобни протеини (посредстват движението от (–) края към (+) края на микротубулите) и динеин-подобни протеини (движение от (+) края към (–) края на микротубули) (фиг. 10).
Кинезинът е тетрамер от две леки (62 kDa) и две тежки (120 kDa) полипептидни вериги. Кинезинова молекула
има формата на пръчка с диаметър 2–4 nm и дължина 80–100 nm с две кълбовидни глави в единия край и ветрилообразно разширение в другия (фиг. 11).
Ориз. 10. Белтъци-транслокатори.
В средата на пръта има шарнирна секция. N-терминалният фрагмент на тежката верига с размер около 50 kDa, който има механохимична активност, се нарича кинезин моторен домен.
Ориз. 11. Строежът на молекулата кинезин.
Клетъчен центърСъстои се от две центриоли и центросфера. Основата на центриола е девет триплета от микротубули, разположени около обиколката и образуващи кух цилиндър. Диаметърът на цилиндъра на центриола е около 0,15-0,2 микрона, дължината е от 0,3 до 0,5 микрона. Една от микротубулите на всеки триплет (микротубула А) се състои от 13 протофиламента, другите две (В и С) са редуцирани и съдържат по 11 протофиламента. Всички микротубули на триплета са близо една до друга. Всеки триплет е разположен под ъгъл от около 40 градуса по отношение на радиуса на микротубулния цилиндър, образуван от тях. В центриола микротубулите са свързани чрез напречни протеинови мостове или дръжки. Последните се отклоняват от А-микротубула и единият край е насочен към центъра на центриола, а другият - към С-микротубула на съседния триплет.
Всяка тройка центриолиотвън е свързан със сферични протеинови тела - сателити, от които микротубулите се отклоняват в хиалоплазмата, образувайки центросферата. Около всяка центриола се намира фина влакнеста матрица, а самите триплети са потопени в аморфен материал с умерена електронна плътност, наречен центриолен ръкав.
В интерфазната клетка има двойка(дъщерни и майчини) центриоли или диплозоми, които по-често се намират близо до комплекса Голджи близо до ядрото. В диплозомата надлъжната ос на дъщерната центриола е насочена перпендикулярно на надлъжната ос на родителя. Дъщерният центриол, за разлика от родителския центриол, няма перицентриоларни сателити и центросфера.
Центриолиизпълняват функциите на организиране на мрежа от цитоплазмени микротубули в клетката (както в почиващите, така и в делящите се клетки), а също така образуват микротубули за ресничките на специализирани клетки.
микротубулиприсъства във всички животински клетки, с изключение на еритроцитите. Те се образуват от полимеризирани молекули на белтък тубулин, който представлява хетеродимер, състоящ се от две субединици – алфа и бета тубулин. По време на полимеризацията алфа субединицата на един протеин се комбинира с бета субединицата на следващия. Така се образуват отделни протофиламенти, които, обединявайки се по 13, образуват куха микротубула, чийто външен диаметър е около 25 nm, а вътрешният - 15 nm.
Всяка микротубулаима нарастващ плюс край и бавно нарастващ минус край. Микротубулите са един от най-динамичните елементи на цитоскелета. По време на растежа на микротубулите, прикрепването на тубулина се осъществява в нарастващия плюс-край. Разглобяването на микротубулите най-често се случва в двата края. Протеинът тубулин, който образува микротубули, не е контрактилен протеин и микротубулите не са надарени със способността да се свиват и движат. Въпреки това, микротубулите на цитоскелета участват активно в транспорта на клетъчни органели, секреторни везикули и вакуоли. Два протеина, кинезин и динеин, бяха изолирани от препарати на микротубули на невронни процеси (аксони). В единия край молекулите на тези протеини са свързани с микротубула, в другия те могат да се свързват с мембраните на органелите и вътреклетъчните везикули. С помощта на кинезин се осъществява вътреклетъчен транспорт до плюс-края на микротубула, а с помощта на динеин - в обратна посока.
Реснички и флагелиса производни на микротубулите в епителните клетки на дихателните пътища, женския генитален тракт, семепровода, сперматозоидите.
миглие тънък цилиндър с постоянен диаметър около 300 nm. Това е израстък на плазмолемата (аксолема), чието вътрешно съдържание - аксонема - се състои от комплекс от микротубули и малко количество хиалоплазма. Долната част на ресничките е потопена в хиалоплазма и се образува от базалното тяло. Микротубулите са разположени около обиколката на ресничките по двойки (дуплети), завъртяни спрямо радиуса й под малък ъгъл - около 10 градуса. В центъра на аксонема има централна двойка микротубули. Формулата на микротубулите в една мигла се описва като (9x2) + 2. Във всеки дублет една микротубула (А) е пълна, т.е. състои се от 13 субединици, втората (В) е непълна, т.е. съдържа само 11 субединици. А-микротубулата има динеинови дръжки, насочени към В-микротубулата на съседния дублет. С помощта на нектин-свързващ протеин микротубула А е свързана с микротубула В на съседен дублет. От А-микротубула до центъра на аксонема се отклонява радиален лигамент или спица, която завършва с глава на така наречения централен ръкав. Последният обгражда централната двойка микротубули. Централните микротубули, за разлика от периферните дублети на микротубулите, са разположени отделно една от друга на разстояние около 25 nm.
Базално тяло на ресничкатасе състои от 9 триплета микротубули. А- и В-микротубулите на триплетите на базалното тяло, продължаващи в А- и В-микротубулите на аксонемалните дублети, образуват заедно с тях една структура.
ресничкине съдържат контрактилни протеини в състава си, но в същото време извършват еднопосочни удари, без да променят дължината си. Това се случва поради изместване на двойки микротубули една спрямо друга (надлъжно плъзгане на дублети) в присъствието на АТФ.
Цитоскелетът се състои от протеинови полимери. Всеки полимер се състои от няколко хиляди идентични субединици, свързани заедно, за да образуват нишки.
Цитоскелетът осигурява движението на клетките и механичната опора.
Клетъчният цитоскелет се състои от три вида полимери: актинови нишки, междинни нишки и микротубули.
Всички полимери са динамични по природа; те непрекъснато печелят и губят субединици
Микротубулите са полимери на тубулинови субединици
Микротубулите почти винаги функционират във връзка с молекулярни двигатели, които генерират сили за придвижване на везикули и други комплекси по повърхността на микротубулите.
Ресничките и флагелите са специализирани органели, състоящи се от моторни протеини, които осигуряват движение на клетки в течна среда или движение на течност по клетъчната повърхност.
Химическите съединения, които разрушават микротубулите, се използват в медицината и селското стопанство
Снимката е рамка от видео изображение.Вижда се малка част от цитоплазмата на клетка на бозайник.
Ръбът на клетката се вижда долу вляво; ядрото е горе вдясно и не се вижда в рамката.
Видео заснемането показва, че повечето от везикулите са в постоянно движение.
Цитоплазмаеукариотните клетки са в постоянно движение, тъй като органелите непрекъснато се местят от място на място. Това движение е особено забележимо в цитоплазмата на големи удължени клетки като неврони.
Трафик цитоплазманаблюдавани и в други клетки. Движението на органелите е необходимо за изпълнението на редица функции. Секреторните везикули напускат апарата на Голджи, който се намира в средата на клетката, и се транспортират до плазмената мембрана, където екскретират съдържанието си в извънклетъчната среда. В същото време везикулите, интернализирани в мембраната, се транспортират в ендозоми. Митохондриите са постоянно в движение, а ER непрекъснато се разтяга и реорганизира.
в митотични клетки хромозомипърво се подреждат в метафазна плоча и след това се разминават в противоположни посоки. Движението на органелите и хромозомите в правилната посока и в точното време се осигурява от цитоскелета, който е протеинова структура, която образува железопътната транспортна система на клетката и двигателните протеини, движещи се по тях.
Цитоскелетът има и други важни функции: Осигурява мобилност на клетките и също така е необходим за организацията и структурната подкрепа на формата на всички клетки. Много клетки се движат независимо, например, докато са в тялото (животински клетки), или се движат с потока на околната среда (едноклетъчни организми и гамети).
Клетки като бели кръвни телца, които откриват и унищожават патогенни бактерии, могат да се движат по равна повърхност. Други, като сперматозоидите, пътуват в течна среда, за да достигнат местоназначението си. Цитоскелетът осигурява всички форми на такова клетъчно движение и неговата посока. Наред с кинематичната функция, цитоскелетът осигурява организацията на вътрешната структура на клетката и образува горната и долната, лявата и дясната, както и предната и задната й части.
Определяне на обща характеристика цитоплазма, цитоскелетът определя общата форма на клетката, образувайки правоъгълни епителни клетки, неврони с дълги тънки аксони и дендрити, които при хората могат да достигнат до един метър дължина.
Три кадъра от видеоизображението на аксона на жив неврон. Горната рамка показва схематично цялата нервна клетка.
Три везикули, маркирани с червени, жълти и сини стрелки, се наблюдават в продължение на 6 s.
Две везикули се движат към края на аксона, а една към тялото на клетката.
Цитоскелетът е изграден от три основни типа структурни елементи: микротубули, микрофиламенти. Тези три вида структури, показани на фигурата по-долу, имат много общи свойства. Всеки протеин функционира не като независима молекула, а като полимер, състоящ се от много идентични протеинови субединици. Точно както мънистата на низ образуват огърлица, полимерите на цитоскелета се подреждат в цитоплазмата, свързвайки заедно хиляди протеинови субединици. Основната характеристика на всички полимери на цитоскелета е, че те не са статични структури, а постоянно се изграждат и губят субединици. Такава динамична природа на цитоскелетните полимери позволява тя да бъде реорганизирана, да образува нови или да насърчава функционирането на съществуващи транспортни пътища в съответствие с вътреклетъчните нужди.
Въпреки че всичко три вида структурни протеинипроявяват общи свойства, всеки от тях има уникалност, което го прави най-подходящ за изпълнение на определени задачи в клетката. Следователно трите вида полимери ще бъдат разгледани отделно, въпреки че често функционират заедно.
Това и следващото статиина сайта са посветени на микротубулите. Основната субединица, която образува микротубули, е протеинът тубулин. Свързвайки се една с друга, тубулиновите молекули образуват кухи тръби с диаметър около 25 nm. От тук са получили името си. Една микротубула може да съдържа десетки и стотици хиляди тубулинови молекули и да достигне няколко микрона дължина.
По този начин, микротубулиспособни да удължават повече от половината от дължината на повечето еукариотни клетки. Обикновено интерфазните клетки съдържат стотици дълги микротубули, които преминават през цитоплазмата и свързват различни области на клетката.
Те почти винаги функционират заедно с молекулярните двигатели, които се движат по тях. Тези моторни протеини се прикрепят към различни товари, включително органели и везикули, и ги транспортират през повърхността на микротубулите, подобно на камионите, които се движат по магистрали. Микротубулите и моторните протеини също функционират заедно при разделянето на репликираните хромозоми в митозата и формират основата на мобилните структури, които се използват от клетката за движение през течност или за движение на течност по нейната повърхност. Микротубулите и моторните протеини се използват дори от вируси като HIV и аденовируси, така че да могат бързо да достигнат ядрото и да се репликират.
малък молекули на органични съединения, които нарушават полимеризацията на микротубулите, се използват в медицината и селското стопанство. Вещества, които са повече или по-малко способни да стабилизират микротубулите, блокират митозата и се използват като средства за лечение на рак. Един такъв агент е паклитаксел (Taxol™), който е формулиран на фигурата по-долу и се използва за лечение на рак на яйчниците и гърдата. Таксол се свързва с микротубулите и ги стабилизира, предотвратявайки дисоциацията на тубулиновите субединици. Колхицинът е друга отрова, която има обратен ефект върху микротубулите, т.е. причинява тяхната дисоциация.
Лекарството се използва за лечение на подагра, тъй като разрушаване на микротубулитеблокира миграцията на белите кръвни клетки, отговорни за възпалителния процес при това заболяване. Веществата с ниско молекулно тегло, които влияят на тубулина, намират важни приложения в селското стопанство. Например, Zoxamide™ е фунгицид, който специфично се свързва с тубулините на гъбичките, като по този начин предотвратява техния растеж. Лекарството се използва за борба с късното фузариозно увяхване на картофите, гъбична болест, която е причинила масивен провал на реколтата от картофи в Ирландия през 1850 г. В момента има активно търсене на нови лекарства, които могат да се свържат с тубулина и могат да намерят приложение в медицината и селското стопанство .
Секция от фибробласт, наблюдавана под електронен микроскоп (вляво). Виждат се множество нишки. На снимката вдясно трите вида полимери, които изграждат цитоскелета на еукариотната клетка, са подчертани в различни цветове.
Микротубули във фибробласти. За да се визуализират микротубулите, клетките бяха третирани със зелена флуоресцентна боя. Микротубулите са организирани около централна точка (маркирана в червено) и се простират в цитоплазмата.
Повечето микротубули са достатъчно дълги, за да преминат от една част на клетката в друга.
Структурата на три малки органични молекули, които нарушават сглобяването или разглобяването на микротубулите. Паклитаксел (Таксол) и колхицин са естествени продукти, произведени в няколко растения (съответно тихоокеански тис и есенен минзухар).
Зоксамид е синтетично вещество, което е идентифицирано чрез скрининг на голям брой различни съединения с малка молекула в теста за микротубулна дисфункция.
С появата на електронния микроскоп бързо стана ясно, че цитоплазмата на клетката е много по-сложна, отколкото се смяташе досега, и че има ясно разделение на работата между заобиколени от мембрана органели и малки органели като рибозоми и центриоли. По-късно беше възможно да се разкрие още по-фина структура в цитоплазмената матрица, която преди това изглеждаше напълно безструктурна. Тук е открита сложна мрежа от фибрили. Сред тях могат да бъдат разграничени най-малко три типа: микротубули, микрофиламенти и междинни нишки. Техните функции са свързани с движението на клетките или вътреклетъчното движение, както и способността на клетките да поддържат формата си.
микротубули
Почти всички еукариотни клетки съдържат кухи цилиндрични неразклонени органели, т.нар. микротубули. Това са много тънки тръби с диаметър приблизително 24 nm; техните стени, с дебелина около 5 nm, са изградени от спирално опаковани глобуларни протеинови субединици тубулин(фиг. 7.24). Ориз. 7.21 дава представа как изглеждат микротубулите на електронни микрографии. Те могат да бъдат дълги няколко микрометра. Понякога издатините се простират от стените им на определени интервали, образувайки връзки или мостове със съседни микротубули, както може да се наблюдава при ресничките и флагелите. Микротубулите растат от единия край чрез добавяне на тубулинови субединици. Този растеж спира под въздействието на определени химикали, по-специално под въздействието на колхицин, който се използва при изследване на функциите на микротубулите. Растежът, очевидно, може да започне само в присъствието на матрица; има причини да се мисли, че ролята на такива матрици се играе от някои много малки пръстенови структури, които са изолирани от клетките и които, както се оказа, се състоят от тубулинови субединици. В животинските клетки центриолите очевидно също изпълняват същата функция, поради което понякога се наричат центрове на микротубулна организация. Центриолите съдържат къси микротубули (фиг. 22.3).
Микротубулите участват в различни вътреклетъчни процеси; някои ще споменем тук.
Центриоли, базални тела, реснички и флагели.Центриолите са малки кухи цилиндри (0,3-0,5 микрона дълги и около 0,2 микрона в диаметър), открити в почти всички животински клетки и клетки на по-низши растения; те са подредени по двойки в характерно оцветена област на цитоплазмата, известна като центрозомаили центросфера. Всеки центриол се състои от девет триплета микротубули, както е показано на Фиг. 22.3. В началото на ядреното делене центриолите се удвояват и две нови двойки центриоли се отклоняват към полюсите на вретеното - структурата, по протежение на екватора на която хромозомите се подреждат преди разминаването си (раздел 22.2). Самото вретено се състои от микротубули, по време на сглобяването на които центриолите очевидно играят ролята на центрове на организация. Микротубулите регулират разделянето на хроматидите или хромозомите (глава 22). В клетките на висшите растения центриолите отсъстват, въпреки че в тях се образува вретено по време на ядреното делене. Възможно е в тези клетки да има много малки центрове на микротубулна организация, които са неразличими дори с електронен микроскоп. По-долу, когато разглеждаме вътреклетъчния транспорт, ще се докоснем до друга възможна функция на центриолите като центрове за организация на микротубулите.
Центриолите са идентични по структура базални тела, наименуван по-рано кинетозомиили блефаропласти. Базалните тела винаги се намират в основата на ресничките и флагелите. Очевидно те се образуват чрез удвояване на центриолите, предхождащи базалното тяло. Вероятно базалните тела също действат като центрове за организиране на микротубулите, тъй като ресничките и камшичетата също имат характерни подредби на микротубулите ("9 + 2"; раздел 17.6 и фиг. 17.31).
В вретеното, както и в ресничките и флагелите, движението се извършва поради плъзгането на микротубулите; в първия случай резултатът от това плъзгане е разминаването на хромозомите или хроматидите, а във втория - биенето на ресничките или флагелите. Тези процеси са описани по-подробно в гл. 17 и 22.
вътреклетъчен транспорт. Микротубулите също участват в движението на други клетъчни органели, като везикулите на Голджи, които с тяхна помощ се насочват към възникващата клетъчна плоча, както се вижда на фиг. 7.21. В клетките има непрекъснат транспорт на везикули на Голджи и, заедно с него, транспорт на везикули, които пъпчат от ER и се придвижват към апарата на Голджи. Фотографията с изтичане на времето прави възможно откриването на движенията на по-големи органели, като лизозоми и митохондрии, които се срещат и в много клетки. Такива движения могат да бъдат подредени или неподредени; смята се, че те са характерни за почти всички клетъчни органели. Движенията се спират, ако микротубулната система е повредена. Мрежата от микротубули в клетките се разкрива много ясно с помощта на метода имунофлуоресцентенмикроскопия, основана на прикрепването на флуоресцентни маркери към молекули на антитела, които се свързват специфично с протеина, чието разпределение се изследва. Ако се използват антитела, специфични за тубулина, тогава в светлинен микроскоп може да се получи картина, подобна на тази, показана на фиг. 7.25.
Смята се, че микротубулите се отклоняват радиално от центросферата, вътре в която са разположени центриолите. Сателитните протеини около центриолите действат като центрове за организиране на микротубулите.
цитоскелет. В допълнение към изброените по-горе функции, микротубулите играят и пасивна структурна роля в клетките: тези дълги, тръбести, доста твърди структури образуват поддържащата система на клетката, един вид цитоскелет. Те спомагат за определяне на формата на клетката в процеса на диференциация и поддържат формата на диференцираните клетки; често те се намират в зоната, непосредствено съседна на плазмената мембрана. В аксоните на нервните клетки има, например, надлъжно разположени снопове от микротубули (вероятно те също участват в транспорта по аксона). Отбелязва се, че животинските клетки, в които микротубулната система е увредена, имат сферична форма. В растителните клетки разположението на микротубулите съответства на разположението на целулозните влакна, отложени по време на изграждането на клетъчната стена; по този начин микротубулите индиректно определят формата на клетката.
Микрофиламенти
Микрофиламентите се наричат много тънки протеинови нишки с диаметър 5-7 nm. Тези нишки, присъстващи в голям брой в еукариотните клетки, наскоро беше показано, че са съставени от протеин актинблизо до това, което се съдържа в мускулите. Във всички изследвани клетки актинът съставлява 10-15% от общото количество клетъчен протеин. С помощта на имунофлуоресцентна микроскопия беше установено, че актиновият цитоскелет е подобен на микротубулния цитоскелет (фиг. 7.26).
Често микрофиламентите образуват плексуси или снопове директно под плазмената мембрана, както и на границата между подвижната и неподвижната цитоплазма (в растителните клетки, където се наблюдава циклоза). Очевидно микрофиламентите също участват в ендоцитозата и екзоцитозата. Миозиновите нишки (друг важен мускулен протеин) също се намират в клетката, въпреки че техният брой е много по-малък. Взаимодействието на актин и миозин е в основата на мускулната контракция (раздел 17.4). Това обстоятелство, заедно с други данни, показва, че ролята на микрофиламентите в клетката е свързана с движението (както на цялата клетка като цяло, така и на нейните отделни структури в нея). Вярно, това движение не се регулира точно както в мускула.В някои случаи функционират само актинови нишки, а в други актинът заедно с миозина. Последното е типично, например, за микровили (Раздел 7.2.11). В клетките, които се характеризират с движение, сглобяването и разрушаването на микрофиламентите протичат непрекъснато. Като последен пример за използването на микрофиламенти посочваме, че по време на цитотомията на животинските клетки те образуват контрактилен пръстен.
Междинни нишки
Третата група структури се състои, както бе споменато по-горе, от междинни нишки (8–10 nm в диаметър). Тези нишки също играят роля в движението и участват във формирането на цитоскелета.
Клетъчна или цитоплазмена мембрана обгражда всяка клетка. Ядрото е заобиколено от две ядрени мембрани: външни и вътрешни. Всички вътреклетъчни структури: митохондрии, ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи, лизозоми, пероксизоми, фагозоми, синаптозоми и др. представлявам затворени мембранни везикули). Всеки тип мембрана съдържа определен набор от протеини - рецептори и ензими; по същото време основата на всяка мембрана е бимолекулен слой от липиди(липиден двоен слой), който във всяка мембрана изпълнява две основни функции:
- бариера за йони и молекули,
- структурна основа (матрица) за функционирането на рецепторите и ензимите.
микротубули- протеинови вътреклетъчни структури, които изграждат цитоскелета.
Микротубулите са кухи цилиндри с диаметър 25 nm. Тяхната дължина може да бъде от няколко микрометра до вероятно няколко милиметра в аксоните на нервните клетки. Тяхната стена е изградена от тубулинови димери. Микротубулите са полярни, със самосглобяване в единия край и разглобяване в другия. В клетките микротубулите играят структурна роля в много клетъчни процеси.
Микротубулите са структури, в които 13 протофиламента, състоящи се от α- и β-тубулинови хетеродимери, са подредени около обиколката на кух цилиндър. Външният диаметър на цилиндъра е около 25 nm, вътрешният диаметър е около 15.
Единият край на микротубула, т.нар плюс край, постоянно прикрепя свободен тубулин към себе си. От противоположния край - минус край - тубулиновите единици се отделят.
Има три фази в образуването на микротубули:
Забавена фаза или нуклеация. Това е етапът на нуклеация на микротубулите, когато тубулиновите молекули започват да се комбинират в по-големи образувания. Тази връзка се осъществява по-бавно от прикрепването на тубулин към вече сглобена микротубула, поради което фазата се нарича забавена.
Фазата на полимеризация или удължаване. Ако концентрацията на свободен тубулин е висока, полимеризацията му протича по-бързо от деполимеризацията в отрицателния край, поради което микротубулът се удължава. Докато расте, концентрацията на тубулин спада до критично ниво и скоростта на растеж се забавя до навлизане в следващата фаза.
Стационарна фаза. Деполимеризацията балансира полимеризацията и растежът на микротубулите спира.
Микротубулите са динамични структуриа в клетката постоянно се полимеризират и деполимеризират. Центрозомата, локализирана близо до ядрото, действа в клетките на животните и много протисти като микротубулен организационен център (MCT): растат от него към периферията на клетката. В същото време микротубулите могат внезапно да спрат да растат и да се скъсят обратно към центрозомата, докато бъдат напълно унищожени, и след това да растат отново.
Динамичната нестабилност на микротубулите играе важна физиологична роля. Например, по време на клетъчното делене микротубулите растат много бързо и допринасят за правилната ориентация на хромозомите и образуването на митотичното вретено.
функция . Микротубулите в клетката се използват като "релси" за транспортиране на частици. Мембранните везикули и митохондриите могат да се движат по тяхната повърхност. Микротубулите се транспортират от протеини, т.нар мотор. Това са високомолекулни съединения, състоящи се от две тежки (с тегло около 300 kDa) и няколко леки вериги. В тежките вериги те секретират главни и опашни домейни. Двата главни домена се свързват с микротубулите и действат като двигатели, докато опашните домени се свързват с органели и други вътреклетъчни образувания, за да бъдат транспортирани.
Има два вида моторни протеини:
- цитоплазмени динеини;
- кинезини.
Dineinsпреместете товара само от плюс-края към минус-края на микротубула, т.е. от периферните области на клетката към центрозомата. Кинезини, напротив, се движат към плюс-края, тоест към периферията на клетката.
Движението се извършва благодарение на енергията на АТФ. Главните домени на моторните протеини за тази цел съдържат ATP-свързващи места.
В допълнение към тяхната транспортна функция, микротубулите образуват централната структура на ресничките и камшичетата - аксонема.Типичната аксонема съдържа 9 двойки обединени микротубули по периферията и две пълни микротубули в центъра.
Микротубулите също изграждат центриолите и вретеното осигуряване на дивергенцията на хромозомите към полюсите на клетката по време на митоза и мейоза. Микротубулите участват в поддържането клетъчна форма и разположение на органелите(по-специално апарата на Голджи) в цитоплазмата на клетките.
Растителните микротубули са силно динамични компоненти на цитоскелета, които участват във важни клетъчни процеси, по-специално сегрегация на хромозоми, образуване на фрагмопласти, микрокомпартментализация, вътреклетъчен транспорт и поддържане на постоянната форма и полярност на клетката. Ядро. Структурата и функциите на ядрото.
