II Cytoszkielet

• Cytoszkielet to składnik komórki zapewniający jej kształt.

• Jest to zespół włókien białkowych decydujący o kształcie komórki i jej wewnętrznej organizacji.

• Zaangażowany jest w transport i rozmieszczenie organelli komórkowych.

• Odpowiada za ruch i skurcz komórki.

• Składa się z mikrotubul (MT), filamentów pośrednich (IF) i mikrofilamentów (MF).

• Poszczególne elementy mają różną lokalizację w komórce; mikrotubule zbierają się w centrum organizacji mikrotubul (w pobliżu centrioli); filamenty pośrednie tworzą skupiska w pobliżu jądra, błony komórkowej i są rozpostarte w komórce; mikrofilamenty są rozmieszczone nieregularnie w cytoplazmie i pobliżu błony.

1. Mikrotubule (MT)

• Można lokalizować je przy pomocy mikroskopu elektronowego lub fluorescencyjnego.

• Ich ilość w komórce zależy od typu komórki.

• Nazwa „mikrotubule” pojawiła się w latach 60-tych (w 1963 toku wprowadzono do użycia aldehyd glutarowy pozwalający na utrwalenie badanych białek).

• Mikrotubula zbudowana jest z 13 podjednostek zwanych protofilamentami, całość (tuba pusta w środku) osiąga średnicę 25 nm.

• Protofilamenty zbudowane są z różnej liczby heterodimerów (tworów dwucząsteczkowych, przy czym każda z cząsteczek jest inna).

• Heterodimery zawierają po jednej cząsteczce α-tubuliny (56 kD) i β-tubuliny (53 kD).

• Każdy protofilament ma budowę spolaryzowaną (α-tubulina - biegun minus; β-tubulina - biegun plus).

• Mikrotubule powstają w MTOC (Microtubules Organizing Center), z materiału pericentiolarnego (w okolicach centrioli, ale nie z nich samych).

• Centrosom zbudowany jest z niewielkiej, amorficznej sferycznej macierzy; organizuje on mikrotubule w układ promienisty.

• Centrosom zawiera setki pierścieniowatych struktur utworzonych przez γ-tubulinę; są to miejsca nukleacji (formowania).

• Do pierścieniowatych struktur γ-tubuliny przyczepiają się heterodimery tubuliny przy czym z γ-tubuliną łączy się zawsze α-tubulina.

• Mikrotubule są spolaryzowane; każda mikrotubula ma biegun polimeryzacji (+) oraz biegun depolimeryzacji (-). Na obu biegunach zachodzi zarówno polimeryzacja, jak i depolimeryzacja, jednak występuje znaczna różnica w prędkości zachodzenia tych procesów na każdym z biegunów.

• Mikrotubule są strukturami dynamicznymi; mogą się wydłużać, skracać, rozpadać lub tworzyć na nowo. Ruch mikrotubul polega na polimeryzacji i depolimeryzacji (co jest wykorzystywane przy transporcie organelli komórkowych).

• Odczynnikiem uniemożliwiającym polimeryzację mikrotubul (można zatrzymać podział komórki poprzez zahamowanie tworzenia wrzeciona kariokinetycznego) jest kolchicyna.

Centriole

• Znajdują się we wnętrzu amorficznej struktury tworzącej mikrotubule.

• Podjednostki są zawsze ułożone prostopadle do siebie (co widać na elektronogamach).

• Na przekroju poprzecznym można zaobserwować, że zbudowane są z 9 tripletów mikrotubul (ułożonych peryferycznie).

MAP (Microtubule Associated Proteins) - białka towarzyszące mikrotubulom

• Stabilizują mikrotubule i nadają im określone funkcje.

• MAP1, MAP2, tau - pobudzają formowanie się mikrotubul (bez nich proces ten jest znacznie spowolniony).

• Białka motoryczne - mogą aktywnie poruszać się wzdłuż mikrotubul. Dyneina i kinezyna odpowiadają za ukierunkowany transport organelli komórkowych. Główki cząsteczek łączą się z podjednostkami tubuliny, a ogonki ze strukturami komórkowymi.

• Dyneina posiada łańcuch lekki i przemieszcza się w kierunku bieguna (-)

• Kinezyna posiada łańcuch ciężki i przemieszcza się w kierunku bieguna (+)

Funkcje mikrotubul:

• Mikrotubule stabilne budują szkielet rzęsek i wici (w części bazalnej układ 9 x 3; w cześci dystalnej układ 9 x 2 + 2).

• Mikrotubule dynamiczne odpowiadają za podział komórki, modulację topografii plazmalemmy, organizację wnętrza cytoplazmy i kształt komórki.

Rzęski (cilia) i wici.

• Rzęski są znacznie krótsze niż wici; średnica obu około 0,25 μm.

• Rdzeń zbudowany ze stabilnych mikrotubul (zebranych w pęczek = askonema), wyrastających z ciałka podstawowego (bazalnego).

• Ośrodek organizacyjny rzęski/wici (ośrodek nukleacji) znajduje się w cytoplazmie.

• Rzęska/wić otoczona jest błoną komórkową.

• Wolna część rzęski zbudowana jest według schematu 9 x 2 + 2.

• Dwie mikrotubule centralne są kompletne (złożone z 13 protofilamentów każda), ściśle zespolone białkiem - neksyną.

• Mikrotubule obwodowe dzielimy na MTA (wewnętrzne) i MTB (zewnętrzne).

• MTA jest kompletna i łączy się z mikrotubulami centralnymi przy pomocy szprychy promienistej; jest połączona z dwoma ramionami dyneinowymi.

• MTB jest niekompletna (zawiera 10 - 11 protofilamentów)

• Ruch rzęsek i wici polega na ślizganiu się mikrotubuli obwodowych (jedna po drugiej); ruch zginający rdzenia generowany jest przez dyneinę rzęskową. Rzęska porusza się ruchem biczykowatym, a wić - śrubowatym lub falującym.

2. Filamenty pośrednie (IF)

• Są to filamenty o średnicy około 10nm.

• Zbudowane inaczej niż mikrotubule, ale również polimerycznie:

monomer dimer tetramer filamenty pośrednie (bardzo mocno poskręcane)

• Ich budowa biochemiczna jest specyficzna tkankowo; zbudowane są z różnych białek, w zależności od miejsca występowania.

• Mogą tworzyć pęczki lub sieci.

• Usztywniają konstrukcję wydłużonych wypustek komórek nerwowych.

• Utrzymują właściwą lokalizacją oraz kształt niektórych organelli komórkowych (np. wokół jądra komórkowego).

• Wykazują morfologiczne powiązania z błoną komórkową i otoczką jądrową.

• Zapewniają komórkom i tkankom wytrzymałość mechaniczną; są stabilne, wytrzymałe na rozciąganie i odporne na działanie różnych związków chemicznych.

Typy filamentów pośrednich:

• Filamenty keratynowe zbudowane są z keratyny typu I i typu II, występują w komórkach nabłonka.

• Filamenty wimentynowe występują w komórkach tkanki łącznej np. w fibroblastach.

• Filamenty desminowe zbudowane są z desminy, występują w tkance mięśniowej.

• Neurofilamenty mogą być budowane przez neurofilaminę L, neurofilaminę M lub neurofilaminę H; wypełniają one wypustki komórek nerwowych (np. aksony).

• Filamenty glejowe budowane są przez kwaśne białka glejowe, występują w komórkach glejowych (w tkance glejowej).

Laminy jądrowe

• Wykazują cechy filamentów pośrednich (są do nich strukturalnie podobne).

• Mają zbliżony skład aminokwasowy, właściwości immunologiczne.

• Podobnie jak IF, laminy tworzą sieci.

• Laminy nie są jednak tak stabilne jak IF cytoplazmatyczne (ulegają fosforylacji i defosforylacji podczas podziału komórkowego).

• Laminy nie są specyficzne tkankowo.

• Laminy zorganizowane są w dwuwymiarową sieć.

IFAD - białka towarzyszące filamentom pośrednim

• Białka te są morfologicznie i strukturalnie spokrewnione z filamentami pośrednimi; dzielimy je na cztery klasy.

• Małocząsteczkowe (np. filagryna wiąże wolne filamenty pośrednie w zwarte agregaty).

• Wielkocząsteczkowe - wiążące filamenty pośrednie krzyżowo w luźne sieci.

• Klasa III - sprzęgające końce filamentów pośrednich z błoną komórkową.

• Klasa IV - sprzęgające IF z otoczką jądrową.

Wykład # 3

2