Atskira citoskeleto baltymų grupė yra sudaryta iš mikrotubulų baltymų. Tai tubulinas, su mikrotubuliais susiję baltymai (MAP 1, MAP 2, MAP 4, tau ir kt.) ir translokatoriai (dyneinas, kinezinas, dinaminas). Mikrovamzdeliai – tai baltyminės vamzdinės struktūros, kurių skersmuo yra apie 25 nm, o ilgis – iki kelių dešimčių mikrometrų; jų sienelių storis apie 6 nm. Jie yra esminis eukariotinių ląstelių citoplazmos komponentas. Mikrovamzdeliai sudaro dalijimosi verpstę (achromatino figūrą) esant mitozei ir mejozei, judrių blakstienų ir žvynelių aksonemą (centrinę struktūrą), centriolių ir bazinių kūnų sienelę. Mikrotubulai vaidina svarbų, jei ne pagrindinį, vaidmenį ląstelių morfogenezėje ir kai kurių tipų ląstelių judrume.
Mikrotubulių sienelės yra pagamintos iš baltymo tubulino, kuris sudaro 90% masės. Tubulinas yra rutulinis baltymas, kuris egzistuoja kaip α- ir β-subvienetų dimeras, kurio molekulinė masė yra ~ 55 kDa. Mikrotubulas turi tuščiavidurio cilindro formą, kurio sienelę sudaro linijinės tubulino dimerų grandinės, vadinamieji protofilamentai. Protofilamentuose ankstesnio dimero α-subvienetas yra susietas su kito dimero β-subvienetu. Dimeriai gretimuose protofilamentuose yra pasislinkę vienas kito atžvilgiu, sudarydami sraigtines eilutes. Skersinėje pjūvyje yra 13 tubulino dimerų, kurie atitinka 13 protofilamentų
mikrotubulo sienelė (9 pav.). Kiekviename subvienete yra apie 450 aminorūgščių, o subvienetų aminorūgščių sekos yra maždaug 40% homologiškos viena kitai. Tubulinas yra GTP surišantis baltymas, o β-subvienete yra labiliai surišta GTP arba GDP molekulė, kuri tirpale gali keistis su GTP, o α-subvienete yra tvirtai surišta GTP molekulė.
Ryžiai. 9. Mikrovamzdelio sandara.
Tubulinas gali spontaniškai polimerizuotis in vitro. Tokia polimerizacija įmanoma esant fiziologinėms temperatūroms ir palankioms joninėms sąlygoms (nėra Ca2 + jonų) ir reikalauja dviejų veiksnių: didelės tubulino koncentracijos ir GTP buvimo. Polimerizaciją lydi GTP hidrolizė, o tubulinas mikrotubulėje lieka prijungtas prie HDF, o neorganinis fosfatas išsiskiria į tirpalą.
Tubulino polimerizacija susideda iš dviejų fazių: branduolio susidarymo ir pailgėjimo. Branduolio formavimosi metu susidaro sėklos ir per
pailgėjimas – jų pailgėjimas susidarant mikrovamzdeliams. Pažymėtina, kad tubulino polimerizacijos metu subvienetai pridedami tik mikrotubulių galuose.
Priešingi mikrotubulių galai skiriasi augimo greičiu. Greitai augantis galas paprastai vadinamas pliusiniu, o lėtai augantis – minusiniu mikrovamzdelio galu (žr. 9 pav.). Ląstelėje (-) - mikrotubulių galai, kaip taisyklė, yra susieti su centrosoma, o (+) - galai yra nukreipti į periferiją ir dažnai pasiekia patį ląstelės kraštą.
Mikrovamzdeliai yra jautrūs dinaminis nestabilumas.
Esant pastoviam polimero kiekiui, atsiranda spontaniškas atskirų mikrotubulių augimas arba sutrumpėjimas iki visiško jų išnykimo. Dėl GTP hidrolizės vėlavimo, palyginti su tubulino įsisavinimu, augimo proceso metu mikrotubulo gale susidaro GTP dangtelis, susidedantis iš 9-18 GTP-tubulino molekulių. GTP-dangtelis stabilizuoja mikrotubulo galą ir skatina tolesnį jo augimą. Jei naujų heterodimerų įsiskverbimo greitis pasirodo mažesnis už GTP hidrolizės greitį arba mikrotubulo mechaninio plyšimo atveju susidaro galas, kuriame nėra GTP dangtelio. Šis galas turi sumažintą afinitetą naujoms tubulino molekulėms; jis pradeda tai suprasti.
Mikrovamzdelių polimerizaciją ir depolimerizaciją sukelia temperatūros pokyčiai, joninės sąlygos arba specialių cheminių priemonių naudojimas. Tarp medžiagų, sukeliančių negrįžtamą ardymą, plačiai naudojami indolo alkaloidai (kolchicinas, vinblastinas, vinkristinas ir kt.).
BALTYMAI, SUSIJĘ SU MIKROTUBULIAIS
Su mikrotubuliais susiję baltymai skirstomi į dvi grupes: struktūrinius MAP (su mikrotubuliais asocijuoti baltymai) ir baltymus.
translokatoriai.
Struktūrinė IDA
Bendra struktūrinių MAP savybė yra jų nuolatinis ryšys su mikrotubuliais. Kita bendra šios baltymų grupės savybė yra ta, kad, skirtingai nei translokatorių baltymai, sąveikaudami su tubulinu, jie visi jungiasi prie maždaug 4 kDa dydžio molekulės C-galinės dalies.
Yra didelės molekulinės masės MAP 1 ir MAP 2, tau baltymai, kurių molekulinė masė yra apie 60-70 kDa, ir MAP 4 arba MAP U, kurių molekulinė masė yra apie 200 kDa.
Taigi, MAP 1B molekulė (MAP 1 baltymų grupės atstovė) yra vienos sunkiosios ir dviejų lengvųjų grandinių stechiometrinis kompleksas; tai pailgos lazdelės formos molekulė, kurios ilgis yra 190 nm su 10 nm skersmens rutuliniu domenu. galas (matyt, surišimo vieta su mikrovamzdeliais); jo molekulinė masė yra 255,5 kDa.
MAP 2 yra termostabilus baltymas. Jis išlaiko gebėjimą sąveikauti su mikrovamzdeliais ir išlikti jų sudėtyje per kelis surinkimo-išmontavimo ciklus po kaitinimo iki 90 °C.
Struktūriniai MAP gali stimuliuoti iniciaciją ir pailgėjimą bei stabilizuoti paruoštus mikrovamzdelius; susiūti mikrovamzdelius į ryšulius. Šis susiuvimas apima trumpą α-
spiralinės hidrofobinės sekos MAP ir tau N-gale, uždarančios MAP molekules, sėdinčios ant gretimų mikrotubulių, kaip užtrauktukas. Tokio kryžminio susiejimo biologinis vaidmuo gali būti stabilizuoti struktūras, kurias sudaro mikrotubulai ląstelėje.
Iki šiol eksperimentiniais tyrimais nustatyta, kad, be mikrotubulių dinamikos reguliavimo, struktūriniai MAP atlieka dar dvi pagrindines funkcijas: ląstelių morfogenezę ir dalyvavimą mikrotubulių sąveikoje su kitomis tarpląstelinėmis struktūromis.
Translokatorių baltymai
Išskirtinis šios baltymų grupės bruožas yra galimybė ATP energiją paversti mechanine jėga, galinčia perkelti daleles išilgai mikrovamzdelių arba mikrotubulių išilgai substrato. Atitinkamai, translokatoriai yra mechanocheminės ATPazės, o jų ATPazės aktyvumą skatina mikrotubulai. Skirtingai nuo struktūrinių MAP, translokatoriai yra susieti mikrotubuluose tik nuo ATP priklausomo judėjimo momentu.
Translokatorių baltymai skirstomi į dvi grupes: į kineziną panašius baltymus (tarpinis judėjimas nuo (-) - galo iki (+) - mikrotubulių galo) ir į dyneiną panašius baltymus (judėjimas iš (+) - galo į (-) - galas. mikrovamzdeliai) (10 pav.).
Kinezinas yra dviejų lengvųjų (62 kDa) ir dviejų sunkiųjų (120 kDa) polipeptidinių grandinių tetrameras. Kinezino molekulė
turi 2-4 nm skersmens ir 80-100 nm ilgio strypo formą su dviem rutuliškomis galvutėmis viename gale, o kitame - vėduoklės formos išsiplėtimą (11 pav.).
Ryžiai. 10. Baltymų translokatoriai.
Strypo viduryje yra vyrių dalis. Maždaug 50 kDa sunkiosios grandinės N-galinis fragmentas, pasižymintis mechaniniu cheminiu aktyvumu, vadinamas kinezino motoriniu domenu.
Ryžiai. 11. Kinezino molekulės sandara.
Ląstelių centras susideda iš dviejų centriolių ir centrosferos. Centrolė yra pagrįsta devyniais mikrovamzdelių trynukais, išsidėsčiusiais aplink perimetrą ir sudarančių tuščiavidurį cilindrą. Centrolio cilindro skersmuo yra apie 0,15-0,2 mikrono, ilgis - nuo 0,3 iki 0,5 mikrono. Vienas iš kiekvieno tripleto mikrotubulų (mikrotubulas A) susideda iš 13 protofilamentų, kiti du (B ir C) yra redukuoti ir juose yra 11 protofilamentų. Visi tripleto mikrovamzdeliai yra glaudžiai greta vienas kito. Kiekvienas tripletas yra maždaug 40 laipsnių kampu jų suformuoto mikrotubulinio cilindro spindulio atžvilgiu. Kaip centriolių dalis, mikrotubulai yra sujungti skersiniais baltymų tilteliais arba rankenomis. Pastarieji nukrypsta nuo A-mikrotubulo ir vienas galas nukreiptas į centriolės centrą, o kitas - į kaimyninio tripleto C-mikrotubulą.
Kiekvienas trynukas centrioliai iš išorės jungiasi su sferiniais baltyminiais kūnais – palydovais, iš kurių mikrotubulai, formuojantys centrosferą, nukrypsta į hialoplazmą. Aplink kiekvieną centriolę yra smulkių pluoštų matrica, o patys tripletai yra panardinti į vidutinio elektronų tankio amorfinę medžiagą, vadinamą centriole mova.
Tarpfazinėje ląstelėje yra pora(dukters ir motinos) centriolė arba diplosoma, kuri dažniau yra šalia Golgi komplekso šalia branduolio. Diplosomoje dukters centriolės išilginė ašis nukreipta statmenai motinos išilginei ašiai. Dukra centriolė, priešingai nei motina, neturi pericentriolinių palydovų ir centrosferos.
Centrioli atlieka citoplazminių mikrotubulių tinklo organizavimo funkcijas ląstelėje (tiek ramybės, tiek besidalijančiose ląstelėse), taip pat formuoja mikrovamzdelius specializuotų ląstelių blakstienoms.
Mikrovamzdeliai yra visose gyvūnų ląstelėse, išskyrus eritrocitus. Jas sudaro polimerizuotos tubulino baltymo molekulės, kurios yra heterodimeras, susidedantis iš dviejų subvienetų – alfa ir beta tubulino. Polimerizacijos metu vieno baltymo alfa subvienetas susijungia su kito baltymo beta subvienetu. Taip susidaro atskiri protofilamentai, kurie, susijungę į 13, suformuoja tuščiavidurį mikrovamzdelį, kurio išorinis skersmuo apie 25 nm, o vidinis – 15 nm.
Kiekvienas mikrotubulas turi augantį pliusinį galą ir lėtai augantį minusinį galą. Mikrovamzdeliai yra vienas dinamiškiausių citoskeleto elementų. Augant mikrovamzdelių ilgiui, tubulinai prisitvirtina augančio pliuso gale. Mikrovamzdelių išardymas dažniausiai vyksta abiejuose galuose. Mikrotubulius formuojantis baltymas tubulinas nėra susitraukiantis baltymas, o mikrovamzdeliai neturi galimybės susitraukti ir judėti. Tačiau citoskeleto mikrotubulai aktyviai dalyvauja ląstelių organelių, sekrecinių pūslelių ir vakuolių transporte. Iš neuronų procesų (aksonų) mikrotubulinių preparatų buvo išskirti du baltymai – kinezinas ir dyneinas. Viename šių baltymų molekulės gale jie yra susieti su mikrovamzdeliu, kitame gale jie gali prisijungti prie organelių ir tarpląstelinių pūslelių membranų. Kinezino pagalba tarpląstelinis pernešimas į pliusinį mikrotubulo galą, o dyneino pagalba – priešinga kryptimi.
Blakstienos ir žvyneliai yra mikrovamzdelių dariniai kvėpavimo takų epitelio ląstelėse, moterų reprodukcinio trakto, kraujagyslėse, spermatozoiduose.
Cilia yra plonas cilindras, kurio pastovus skersmuo yra apie 300 nm. Tai yra plazmolemos (aksolemos) išauga, kurios vidinį turinį, aksonemą, sudaro mikrotubulių kompleksas ir nedidelis kiekis hialoplazmos. Apatinė ciliumo dalis yra panardinta į hialoplazmą ir yra suformuota iš bazinio kūno. Mikrovamzdeliai išsidėstę aplink ciliumo perimetrą poromis (dvigubai), pasukti jo spindulio atžvilgiu nedideliu kampu – apie 10 laipsnių. Aksonemos centre yra centrinė mikrotubulių pora. Blakstienos mikrotubulių formulė apibūdinama kaip (9x2) +2. Kiekviename dublete vienas mikrotubulas (A) yra pilnas, tai yra, jis susideda iš 13 subvienetų, antrasis (B) yra neišsamus, tai yra, jame yra tik 11 subvienetų. A-mikrotubulas turi dyneino rankenas, nukreiptas į gretimo dubleto B-mikrotubulą. Nektiną surišančio baltymo pagalba mikrotubulas A jungiasi su kaimyninio dubleto mikrotubulu B. Nuo A-mikrotubulo iki aksonemos centro išeina radialinis raištis arba stipinas, kuris baigiasi galva ant vadinamosios centrinės rankovės. Pastaroji supa centrinę mikrovamzdelių porą. Centriniai mikrovamzdeliai, priešingai nei periferiniai mikrovamzdelių dubletai, yra išsidėstę atskirai vienas nuo kito maždaug 25 nm atstumu.
Bazinis blakstienų kūnas susideda iš 9 mikrotubulių tripletų. Bazinio kūno tripletų A ir B mikrovamzdeliai, besitęsiantys į aksonemų dubletų A ir B mikrotubulus, kartu su jais sudaro vieną struktūrą.
Cilia savo sudėtyje neturi susitraukiančių baltymų, tačiau tuo pačiu metu jie atlieka vienakrypčius dūžius nekeisdami ilgio. Tai atsitinka dėl mikrotubulių porų pasislinkimo vienas kito atžvilgiu (išilginis dubletų slydimas), esant ATP.
Citoskeletas susideda iš baltymų polimerų. Kiekvienas polimeras susideda iš kelių tūkstančių identiškų subvienetų, sujungtų į siūlus
Citoskeletas užtikrina ląstelių judėjimą ir mechaninę atramą
Ląstelės citoskeletas sudarytas iš trijų tipų polimerų: aktino gijų, tarpinių gijų ir mikrotubulių.
Visi polimerai yra dinamiški; jų nuolat daugėja ir netenka subvienetų
Mikrovamzdeliai yra tubulino subvienetų polimerai
Mikrovamzdeliai beveik visada veikia kartu su molekuliniais varikliais, kurie generuoja jėgas judindami pūsleles ir kitus kompleksus mikrovamzdelių paviršiumi.
Blakstienos ir žvyneliai yra specializuotos organelės, susidedančios iš ir motorinių baltymų, užtikrinančių ląstelių judėjimą skystoje aplinkoje arba skysčio judėjimą ląstelės paviršiumi.
Mikrovamzdelius naikinantys cheminiai junginiai naudojami medicinoje ir žemės ūkyje
Nuotrauka yra vaizdo vaizdo kadras.Matoma nedidelė žinduolių ląstelių citoplazmos dalis.
Apačioje kairėje matomas narvelio kraštas; šerdis yra viršutiniame dešiniajame kampe ir nesimato kadre.
Vaizdo medžiaga rodo, kad dauguma pūslelių nuolat juda.
Citoplazma eukariotinės ląstelės nuolat juda, nes organelės nuolat juda iš vienos vietos į kitą. Šis judėjimas ypač pastebimas didelių pailgų ląstelių, tokių kaip neuronai, citoplazmoje.
Eismas citoplazma taip pat pastebima kitose ląstelėse. Organelių judėjimas yra būtinas daugeliui funkcijų. Sekrecinės pūslelės išeina iš Golgi aparato, esančio ląstelės viduryje, ir pernešamos į plazminę membraną, kur išskiria savo turinį į tarpląstelinę aplinką. Tuo pačiu metu pūslelės, internalizuotos į membraną, yra transportuojamos į endosomas. Mitochondrijos nuolat juda, o EPR nuolat tempiasi ir persitvarko.
Mitozinėse ląstelėse chromosomos iš pradžių jie išsirikiuoja į metafazinę plokštę, o paskui išsiskiria priešingomis kryptimis. Organelių ir chromosomų judėjimą reikiama kryptimi ir tinkamu laiku užtikrina citoskeletas – baltyminės struktūros, sudarančios ląstelės bėgių transportavimo sistemą ir išilgai jomis judantys motoriniai baltymai.
Citoskeletas turi ir kitų svarbių dalykų funkcijas: užtikrina ląstelių mobilumą, taip pat būtinas visų ląstelių formai organizuoti ir struktūriškai palaikyti. Daugelis ląstelių juda arba savarankiškai, pavyzdžiui, būdamos kūne (gyvūnų ląstelės), arba juda kartu su aplinkos srove (vienaląsčiai organizmai ir gametos).
Ląstelėms patinka baltieji kraujo kūneliai kurios randa ir sunaikina patogenines bakterijas, gali judėti lygiu paviršiumi. Kiti, pavyzdžiui, spermatozoidai, juda skystoje terpėje, kad pasiektų savo tikslą. Citoskeletas užtikrina visas tokio ląstelių judėjimo formas ir jo kryptį. Kartu su kinematine funkcija citoskeletas organizuoja ląstelės vidinę struktūrą ir sudaro viršutinę ir apatinę, kairę ir dešinę, taip pat priekinę ir užpakalinę dalis.
Bendrosios charakteristikos apibrėžimas citoplazma, citoskeletas lemia bendrą ląstelės formą, formuodamas stačiakampes epitelio ląsteles, neuronus su ilgais plonais aksonais ir dendritus, kurių ilgis žmogui gali siekti vieną metrą.
Trys gyvo neurono aksono vaizdo kadrai. Viršutiniame rėmelyje yra schematiškai pavaizduota visa nervinė ląstelė.
Trys pūslelės, pažymėtos raudonomis, geltonomis ir mėlynomis rodyklėmis, buvo stebimos 6 sekundes.
Dvi pūslelės juda link aksono galo, o viena - link ląstelės kūno.
Citoskeletas susideda iš trys pagrindiniai konstrukcinių elementų tipai: mikrovamzdeliai, mikrofilamentai. Šie trys konstrukcijų tipai, parodyti paveikslėlyje žemiau, turi daug bendrų savybių. Kiekvienas baltymas veikia ne kaip nepriklausoma molekulė, o kaip polimeras, sudarytas iš daugelio identiškų baltymų subvienetų. Kaip karoliukai, suverti ant virvelės, sudaro vėrinį, citoskeleto polimerai išsirikiuoja citoplazmoje, sujungdami tūkstančius baltymų subvienetų. Pagrindinis visų citoskeleto polimerų bruožas yra tas, kad jie neatstovauja statinėms struktūroms, o nuolat auga ir praranda subvienetus. Šis dinamiškas citoskeleto polimerų pobūdis leidžia jį pertvarkyti, formuoti naujus arba palengvinti esamų transporto takų funkcionavimą pagal tarpląstelinius poreikius.
Nors visi trijų tipų struktūriniai baltymai pasižymi bendromis savybėmis, kiekviena iš jų yra unikali, todėl ji yra tinkamiausia atlikti tam tikras užduotis ląstelėje. Todėl trys polimerų tipai bus aptariami atskirai, nors dažnai jie veikia kartu.
Tai ir toliau straipsnius svetainė skirta mikrotubuliams. Pagrindinis subvienetas, formuojantis mikrovamzdelius, yra baltymas tubulinas. Susijungusios viena su kita, tubulino molekulės sudaro maždaug 25 nm skersmens tuščiavidurius vamzdelius. Iš čia jie gavo savo vardą. Viename mikrovamzdelyje gali būti dešimtys ir šimtai tūkstančių tubulino molekulių ir gali būti iki kelių mikronų ilgio.
Taigi, mikrovamzdeliai galinčios paskleisti daugiau nei pusę daugumos eukariotinių ląstelių ilgio. Paprastai tarpfazinėse ląstelėse yra šimtai ilgų mikrotubulių, kurie praeina per citoplazmą ir jungia skirtingus ląstelės regionus.
Jie beveik visada veikia kartu su molekuliniais varikliais, kurie juda išilgai jų. Šie motoriniai baltymai prisitvirtina prie įvairių apkrovų, įskaitant organelius ir pūsleles, ir perneša juos mikrovamzdelių paviršiumi, panašiai kaip sunkvežimiai važiuoja greitkeliais. Mikrovamzdeliai ir motoriniai baltymai taip pat veikia kartu, kad atskirtų replikuotas chromosomas mitozės metu ir sudarytų judriųjų struktūrų, kurias ląstelė naudoja skysčiui judėti arba skysčiui perkelti išilgai paviršiaus, pagrindą. Mikrotubulus ir motorinius baltymus netgi naudoja virusai, tokie kaip ŽIV ir adenovirusai, kad jie galėtų greitai pasiekti branduolį ir daugintis.
Mažas organinių junginių molekulės, kurie sutrikdo mikrovamzdelių polimerizaciją, naudojami medicinoje ir žemės ūkyje. Medžiagos, galinčios vienokiu ar kitokiu laipsniu stabilizuoti mikrovamzdelius, blokuoja mitozę ir yra naudojamos kaip agentai vėžiui gydyti. Viena iš tokių medžiagų yra paklitakselis (Taxol™), kurio formulė parodyta paveikslėlyje žemiau ir kuris naudojamas kiaušidžių ir krūties vėžiui gydyti. Taksolis jungiasi prie mikrotubulių ir juos stabilizuoja, užkertant kelią tubulino subvienetų disociacijai. Kolchicinas yra dar vienas nuodas, kuris mikrovamzdelius veikia priešingai, t.y., sukelia jų disociaciją.
Vaistas vartojamas podagrai gydyti, nes mikrotubulių sunaikinimas blokuoja baltųjų kraujo kūnelių, atsakingų už uždegiminį šios ligos procesą, migraciją. Mažos molekulinės masės medžiagos, turinčios įtakos tubulinui, yra svarbios žemės ūkyje. Pavyzdžiui, Zoxamide™ yra fungicidas, kuris specifiškai jungiasi su grybelių tubulinais, taip užkertant kelią jų augimui. Vaistas naudojamas kovojant su vėlyvuoju bulvių fuzariozės vytuliu – grybeline liga, dėl kurios 1850 m. Airijoje smarkiai nutrūko bulvių derlius. Šiuo metu aktyviai ieškoma naujų vaistų, galinčių prisijungti prie tubulino ir pritaikyti medicinoje bei žemės ūkyje. .
Fibroblastų vieta elektroniniame mikroskope (kairėje). Matoma daug siūlų. Paveikslėlyje dešinėje trijų tipų polimerai, sudarantys eukariotinės ląstelės citoskeletą, paryškinti skirtingomis spalvomis.
Mikrovamzdeliai fibroblastuose. Norint vizualizuoti mikrotubules, ląstelės buvo apdorotos žaliais fluorescenciniais dažais. Mikrotubulai yra išdėstyti aplink centrinį tašką (pažymėtą raudonai) ir pasklinda į citoplazmą.
Dauguma mikrotubulių yra pakankamai ilgi, kad galėtų prasiskverbti iš vienos ląstelės dalies į kitą.
Trijų mažų organinių molekulių, trukdančių surinkti ar išardyti mikrovamzdelius, struktūra. Paklitakselis (Taxol™) ir kolchicinas yra natūraliai atsirandantys tam tikrų augalų produktai (atitinkamai Ramiojo vandenyno kukmedis ir kolchicinas).
Zoksamidas yra sintetinė medžiaga, kuri buvo rasta tiriant daug skirtingų mažos molekulinės masės junginių mikrotubulų disfunkcijos tyrimo metu.
Atsiradus elektroniniam mikroskopui, greitai tapo aišku, kad ląstelės citoplazma yra daug sudėtingesnė, nei manyta anksčiau, ir kad yra aiškus darbo pasidalijimas tarp organelių, apsuptų membrana, ir mažų organelių, tokių kaip ribosomos ir centriolės. Vėliau pavyko atskleisti dar smulkesnę citoplazminės matricos struktūrą, kuri iki tol atrodė visiškai bestruktūrė. Čia buvo aptiktas sudėtingas fibrilių tinklas. Tarp jų būtų galima išskirti bent tris tipus: mikrovamzdelius, mikrofilamentus ir tarpinius siūlus. Jų funkcijos yra susijusios su ląstelių judėjimu arba intraląsteliniu judėjimu, taip pat su ląstelių gebėjimu išlaikyti savo formą.
Mikrovamzdeliai
Beveik visose eukariotų ląstelėse yra tuščiavidurių cilindrinių neišsišakojusių organelių, vadinamų mikrovamzdeliai... Tai labai ploni vamzdeliai, maždaug 24 nm skersmens; jų maždaug 5 nm storio sienelės pastatytos iš spirališkai supakuotų rutulinių baltymų subvienetų tubulinas(7.24 pav.). Ryžiai. 7.21 leidžia suprasti, kaip atrodo mikrovamzdeliai elektronų mikrografijose. Jie gali būti iki kelių mikrometrų ilgio. Kartais išsikišimai išsikiša iš jų sienų tam tikrais intervalais, sudarydami ryšius arba tiltelius su kaimyniniais mikrovamzdeliais, kaip galima pastebėti blakstienose ir žvyneliuose. Mikrovamzdeliai auga viename gale, pridedant tubulino subvienetus. Šis augimas sustoja veikiant tam tikroms cheminėms medžiagoms, ypač veikiant kolchicinas, kuris naudojamas mikrovamzdelių funkcijoms tirti. Augimas, matyt, gali prasidėti tik esant matricai; yra pagrindo manyti, kad tokių matricų vaidmenį atlieka kai kurios labai mažos žiedinės struktūros, kurios buvo išskirtos iš ląstelių ir kurios, kaip paaiškėjo, susideda iš tubulino subvienetų. Gyvūnų ląstelėse tą pačią funkciją akivaizdžiai atlieka centrioliai, dėl kurių jie kartais vadinami mikrotubulių organizavimo centrais. Centriolėse yra trumpi mikrovamzdeliai (22.3 pav.).
Mikrovamzdeliai dalyvauja įvairiuose tarpląsteliniuose procesuose; kai kuriuos čia paminėsime.
Centrioliai, baziniai kūnai, blakstienos ir žvyneliai. Centrioliai yra maži tuščiaviduriai cilindrai (0,3-0,5 mikrono ilgio ir apie 0,2 mikrono skersmens), randami beveik visose gyvūnų ląstelėse ir žemesniųjų augalų ląstelėse; jie yra išdėstyti poromis būdingoje dažytoje citoplazmos srityje, žinomoje kaip centrosoma arba centrosfera... Kiekvienas centriolas yra sudarytas iš devynių mikrotubulių tripletų, kaip parodyta 1 pav. 22.3. Dalijimosi pradžioje centrioliai padvigubėja, o dvi naujos centriolių poros nukrypsta į veleno polius - struktūros, kurių pusiaujo chromosomos išsirikiuoja prieš jų divergenciją (22.2 skyrius). Pats velenas susideda iš mikrotubulių, kurių surinkimo metu centrioliai akivaizdžiai atlieka organizavimo centrų vaidmenį. Mikrovamzdeliai reguliuoja chromatidžių arba chromosomų divergenciją (22 sk.). Aukštesniųjų augalų ląstelėse centriolių nėra, nors dalijantis branduoliui jose susidaro verpstė. Gali būti, kad šiose ląstelėse yra keletas labai mažų mikrovamzdelių organizavimo centrų, kurių neįmanoma atskirti net elektroniniu mikroskopu. Toliau, nagrinėdami tarpląstelinį transportą, paliesime kitą galimą centriolių, kaip mikrotubulų organizavimo centrų, funkciją.
Centroliai yra vienodos struktūros baziniai kūnai anksčiau pavadintas kinetosomos arba blefaroplastai... Baziniai kūnai visada randami blakstienų ir žvynelių apačioje. Matyt, jie susidaro padvigubinus centrioles prieš bazinį kūną. Tikriausiai bazaliniai kūnai veikia ir kaip mikrovamzdelių organizavimo centrai, nes blakstienoms ir žvyneliams būdingas ir būdingas mikrovamzdelių išsidėstymas ("9 + 2"; 17.6 sk. ir 17.31 pav.).
Verpstėse, taip pat blakstienose ir žvyneliuose judėjimas vyksta dėl mikrotubulių slydimo; pirmuoju atveju šio slydimo rezultatas yra chromosomų arba chromatidų išsiskyrimas, o antruoju - blakstienų ar žvynelių sumušimas. Šie procesai išsamiau aprašyti Ch. 17 ir 22.
Intraląstelinis transportas... Mikrotubulai taip pat dalyvauja kitų ląstelių organelių, pavyzdžiui, Golgi pūslelių, judėjime, kurios su jų pagalba nukreipiamos į besiformuojančią ląstelės plokštelę, kaip matyti Fig. 7.21. Ląstelėse vyksta nenutrūkstamas Golgi burbuliukų pernešimas ir kartu su juo burbuliukų transportavimas iš ER ir juda į Golgi aparatą. Laikotarpio vaizdavimas leidžia atskleisti didesnių organelių, tokių kaip lizosomos ir mitochondrijos, judesius, vykstančius daugelyje ląstelių. Tokie judesiai gali būti užsakyti arba netvarkomi; manoma, kad jie būdingi beveik visoms ląstelių organelėms. Pažeidus mikrovamzdelių sistemą, judesiai sustabdomi. Naudojant šį metodą labai aiškiai nustatomas mikrotubulių tinklas ląstelėse imunofluorescencinis mikroskopija, pagrįsta fluorescencinių žymenų prijungimu prie antikūnų molekulių, kurios specifiškai jungiasi su baltymu, kurio pasiskirstymas yra tiriamas. Jei naudojame tubulinui būdingus antikūnus, šviesos mikroskopu galite gauti vaizdą, panašų į parodytą 1 pav. 7.25.
Manoma, kad mikrovamzdeliai radialiai nukrypsta nuo centrosferos, kurioje yra centrioliai. Palydoviniai baltymai aplink centrioles veikia kaip mikrotubulų organizavimo centrai.
Citoskeletas... Be aukščiau išvardintų funkcijų, mikrovamzdeliai ląstelėse atlieka ir pasyvų struktūrinį vaidmenį: šios ilgos vamzdinės, gana standžios struktūros sudaro atraminę ląstelės sistemą, savotišką citoskeletą. Jie padeda nustatyti ląstelės formą diferenciacijos procese ir išlaikyti diferencijuotų ląstelių formą; dažnai jie yra zonoje, esančioje prie pat plazminės membranos. Nervinių ląstelių aksonuose yra, pavyzdžiui, išilgai išsidėstę mikrovamzdelių ryšuliai (galbūt jie taip pat dalyvauja transportuojant palei aksoną). Pastebima, kad gyvūnų ląstelės, kuriose pažeista mikrotubulų sistema, įgauna sferinę formą. Augalų ląstelėse mikrotubulių išsidėstymas atitinka celiuliozės skaidulų, nusėdusių statant ląstelės sienelę, išsidėstymą; taigi mikrovamzdeliai netiesiogiai nulemia ląstelės formą.
Mikrofilamentai
Mikrofilamentai yra labai ploni baltyminiai siūlai, kurių skersmuo yra 5-7 nm. Neseniai buvo įrodyta, kad šie siūlai, kurių daug yra eukariotinėse ląstelėse, yra sudaryti iš baltymo. aktinas artimas raumenyse. Visose tirtose ląstelėse aktinas sudaro 10-15% viso ląstelių baltymų kiekio. Imunofluorescencinės mikroskopijos metodu nustatyta, kad aktino citoskeletas yra panašus į mikrovamzdelių citoskeletą (7.26 pav.).
Dažnai mikrofilamentai formuoja rezginius arba ryšulius tiesiai po plazmine membrana, taip pat judriosios ir nejudrios citoplazmos sąsajoje (augalų ląstelėse, kur stebima ciklozė). Matyt, mikrofilamentai taip pat yra susiję su endocitoze ir egzocitoze. Ląstelėje taip pat randama miozino (kito svarbaus raumenų baltymo) gijų, nors jų daug mažiau. Aktino ir miozino sąveika yra raumenų susitraukimo pagrindas (17.4 skyrius). Ši aplinkybė kartu su kitais duomenimis rodo, kad mikrofilamentų vaidmuo ląstelėje yra susijęs su judėjimu (arba visos ląstelės visumos, arba atskirų jos struktūrų joje). Tiesa, šis judesys nereguliuojamas tiksliai taip, kaip raumenyse.Vienais atvejais veikia tik aktino gijos, o kitais – aktinas kartu su miozinu. Pastarasis yra būdingas, pavyzdžiui, mikrovilliams (7.2.11 skyrius). Ląstelėse, kurioms būdingas judėjimas, mikrofilamentų surinkimas ir naikinimas vyksta nuolat. Kaip paskutinį mikrofilamentų naudojimo pavyzdį nurodome, kad atliekant gyvūnų ląstelių citotomiją jie sudaro susitraukiantį žiedą.
Tarpinės gijos
Trečioji struktūrų grupė, kaip minėta, yra tarpiniai siūlai (8-10 nm skersmens). Šios gijos taip pat atlieka judėjimo vaidmenį ir dalyvauja formuojant citoskeletą.
Kiekvieną ląstelę supa ląstelė arba citoplazminė membrana. Branduolys yra apsuptas dviejų branduolinių membranų: išorinis ir vidinis... Visos tarpląstelinės struktūros: mitochondrijos, endoplazminis tinklas, Golgi aparatas, lizosomos, peroksisomos, fagosomos, sinaptosomos ir kt. atstovauti uždaros membranos pūslelės (pūslelės). Kiekvieno tipo membranoje yra tam tikras baltymų rinkinys – receptoriai ir fermentai; Tuo pačiu metu bet kurios membranos pagrindas yra bimolekulinis lipidų sluoksnis(lipidų dvisluoksnis), kuris bet kurioje membranoje atlieka dvi pagrindines funkcijas:
- barjeras jonams ir molekulėms,
- struktūrinis pagrindas (matrica) receptorių ir fermentų funkcionavimui.
Mikrovamzdeliai- baltymų intraląstelinės struktūros, sudarančios citoskeletą.
Mikrovamzdeliai yra tuščiaviduriai 25 nm skersmens cilindrai. Jų ilgis gali būti nuo kelių mikrometrų iki, tikriausiai, kelių milimetrų nervinių ląstelių aksonuose. Jų sienelę sudaro tubulino dimeriai. Mikrovamzdeliai yra poliniai: viename gale mikrovamzdeliai susirenka savaime, o kitame – išardoma. Ląstelėse mikrotubuliai atlieka struktūrinį vaidmenį daugelyje ląstelių procesų.
Mikrovamzdeliai yra struktūros, kuriose aplink tuščiavidurio cilindro perimetrą yra išsidėstę 13 protofilamentų, susidedančių iš α- ir β-tubulino heterodimerų. Išorinis cilindro skersmuo yra apie 25 nm, vidinis - apie 15.
Vienas mikrotubulo galas, vadinamas plius pabaiga, nuolat prie savęs pritvirtina laisvąjį tubuliną. Iš priešingo galo, minuso galo, tubulino vienetai yra atskiriami.
Skiriamos trys mikrovamzdelių susidarymo fazės:
Uždelsta fazė arba branduolių susidarymas... Tai mikrovamzdelių formavimosi stadija, kai tubulino molekulės pradeda jungtis į didesnius darinius. Šis ryšys vyksta lėčiau nei tubulino prisitvirtinimas prie jau surinkto mikrovamzdelio, todėl fazė vadinama uždelsta.
Polimerizacijos fazė arba pailgėjimas... Jei laisvojo tubulino koncentracija didelė, jo polimerizacija vyksta greičiau nei depolimerizacija minusiniame gale, dėl ko mikrovamzdeliai pailgėja. Jam augant tubulino koncentracija nukrenta iki kritinės, o augimo greitis lėtėja, kol pereina į kitą fazę.
Pastovios būsenos fazė... Depolimerizacija subalansuoja polimerizaciją ir sustabdomas mikrotubulių augimas.
Mikrovamzdeliai yra dinamines struktūras o ląstelėje nuolat polimerizuojasi ir depolimerizuojasi. Centrosoma, esanti šalia branduolio, veikia gyvūnų ir daugelio protistų ląstelėse kaip mikrotubulių (CMT) organizavimo centras: jie išauga iš jo į ląstelės periferiją... Tuo pačiu metu mikrovamzdeliai gali staiga nustoti augti ir sutrumpėti atgal link centrosomos, kol jie visiškai sunaikinami, o tada vėl ataugti.
Dinaminis mikrotubulių nestabilumas vaidina svarbų fiziologinį vaidmenį. Pavyzdžiui, ląstelių dalijimosi metu mikrovamzdeliai auga labai greitai ir prisideda prie teisingos chromosomų orientacijos bei mitozinio veleno susidarymo.
Funkcija ... Mikrovamzdeliai ląstelėje naudojami kaip „bėgeliai“ dalelėms transportuoti. Membraninės pūslelės ir mitochondrijos gali judėti išilgai jų paviršiaus. Per mikrotubulus transportuoja baltymai, vadinami variklis... Tai didelės molekulinės masės junginiai, susidedantys iš dviejų sunkiųjų (apie 300 kDa) ir kelių lengvųjų grandinių. Sunkiosiose grandinėse jie išskiria galvos ir uodegos sritis... Du galvos domenai jungiasi prie mikrotubulių ir iš tikrųjų yra varikliai, o uodegos domenai jungiasi prie organelių ir kitų tarpląstelinių darinių, kuriuos reikia transportuoti.
Yra dviejų tipų motoriniai baltymai:
- citoplazminiai dyneinai;
- kinezinai.
Dynein perkelti apkrovą tik iš pliusinio galo į minusinį mikrotubulo galą, tai yra iš periferinių ląstelės sričių į centrosomą. Kinezinai priešingai, jie pereina į pliusinį galą, tai yra į ląstelės periferiją.
Judėjimas atliekamas dėl ATP energijos. Tam motorinių baltymų galvos domenuose yra ATP surišimo vietų.
Be transportavimo funkcijos, mikrovamzdeliai sudaro centrinę blakstienų ir žvynelių struktūrą – aksonemą. Tipiška aksonema turi 9 porų kombinuotų mikrotubulių periferijoje ir du pilnus mikrovamzdelius centre.
Centroliai ir dalijimosi velenas taip pat susideda iš mikrovamzdelių, užtikrinantis chromosomų nukrypimą į ląstelės polius mitozės ir mejozės metu... Mikrovamzdeliai dalyvauja palaikyme ląstelių forma ir organelių išsidėstymas(ypač Golgi aparatas) ląstelių citoplazmoje.
Augalų mikrovamzdeliai yra labai dinamiški citoskeleto komponentai, dalyvaujantys svarbiuose ląstelių procesuose, ypač chromosomų segregacijoje, fragmoplastų susidaryme, mikrokompartmentalizacijoje, tarpląsteliniame transporte, taip pat išlaikant pastovią ląstelės formą ir poliškumą. Šerdis. Branduolio struktūra ir funkcijos.
