Раздел, посветен на изучаването на клетъчния скелет - цитоскелета

микротубули

Параметри на микротубулите

Полуживот на микротубулите ~5 минути, през първата половина на митозата ~15s
Диаметърът на микротубулите е 25 nm.

Образуване на микротубули

Структурната единица на микротубула е протеинов хетеродимер тубулин, състоящ се от α- и β-субединици (53 и 55 kDa), които не пристигат отделно, подобни, но не идентични. Всяка от субединиците има нуклеотидно свързващо място. α-тубулинът свързва GTP молекулата, която не е хидролизирана, β-тубулинът може да свързва GDP или GTP (фиг. 1). β-тубулинът на един хетеродимер свързва GTP и се комбинира с α-тубулин на друг хетеродимер, докато GTP се хидролизира до GDP. α-тубулинът е GTP-активиращ протеин и катализира GTP хидролизата на β-тубулин (фиг. 2). Така хетеродимерите образуват линейни вериги - протофиламенти, 13 протофиламенти образуват спирален цикличен комплекс, такива пръстени полимеризират в тръба (фиг. 3). Фосфорилирането на тубулина усилва полимеризацията.

Фиг. 1 Хетеродимер на тубулин. α-тубулин (син.) с място за свързване на GTP (синьо). β-тубулин (зелено) с GTP и GDP свързващи места (червено)
Микротубулите са динамични полярни стр-ри. (+)-краят е динамично нестабилен (β-тубулин), а (-)-краят е стабилизиран чрез свързване към центъра за организиране на микротубулите (вижте преглед Centrosome).
Threadmilling е движението на микротубулите в резултат на едновременното нарастване на единия край и дисоциацията на другия край на микротубулите.
Тубулиновата ДНК в нуклеотид-свързващия домен има силно запазена GGGTG(T/S)G последователност.
Бактериалният протеин FtsZ, хомолог на тубулина, е компонент на бактериалния цитоскелет и полимеризира, за да образува микротубули.

микротубули

Фиг.2 Микротубулите могат да образуват синглет, дублет и триплет.
Микротубула на дублет или триплет се състои от 13 протофиламента.
Тубулите B и C са съставени от по-малко протофиламенти, обикновено 10.

Протеини, които се свързват с микротубулите.

Два вида протеини са свързани с микротубулите: структурни
протеини (свързани с MAP микротубули протеини) и транслокаторни протеини.

Прикрепването на MAP се регулира чрез фосфорилиране, което води до
които някои MAP се отделят от микротубулите.

+ СЪВЕТИ- протеини, взаимодействащи с (+)-края
микротубули, много от които са моторни протеини,
други осигуряват взаимодействие с микрофиламенти в
клетъчна кора чрез прикрепване на микротубули към плазмата
мембрана. Някои +TIPS регулират динамиката на микротубулите
и стабилността на (+)-края, например, XMAP215
семейство протеини стабилизира (+)-края, предотвратявайки разграждането
и позволява растежа на микротубулите.

ЗАКОЧВАНЕ- прикрепващи протеини
тубулиновите димери към (+)-края и инхибират бедствия.
Те взаимодействат с кинетохора – комплекс, който свързва
(+)-край на микротубула с хромозомата.

Катастрофини - +TIP протеини, които се свързват с (+) края на микротубулите
и осигуряване на дисоциация на тубулиновите димери. Те са способни
активират GTP хидролиза или промяна на конформацията на протофиламентите
(MCAK- кинезин, разположен в кинетохора
и осигурява дисоциацията на (+)-края по време на анафазата на митозата).

Стасмин- дестабилизиращ протеин
в раковите клетки. Прикрепва се с хетеродимер на тубулин
пречат на тяхната полимеризация. Стасмините се инхибират от фосфорилирането.

Катанин - разделя микротубулите, за да образува нов нестабилен
(+)-край.

Някои MAP свързват микротубулите
един с друг, с мембрана или междинни нишки.

Тип I MAP, открит в аксони и дендрити на нервни клетки
и някои други имат множество повторения на KKEX (Lys-Lys-Glu-X)
които свързват (-)-заредените участъци от тубулина.

Тип II MAP също се намира в аксоните и дендритите на нервите
клетки и някои други. Те имат 3-4 повторения от 18 остатъка
последователност, която прикрепя тубулин.

Протеини, взаимодействащи с (+) края на микротубулите

APC, Kar9 ( sc)*

APC (аденоматозна полипоза коли) - туморен супресор,
което е в основата на регулирането на протеиновия комплекс
фосфорилиране на b-катенини.

EB1, Bim1(SC) , Мал3(sp)

EB1 (end-binding protein 1) - протеин, взаимодействащ с
APC.

голо(ан)

Нуд (ядрено разпределение) - протеин, който регулира динеините.

Lis1/NUDF(Ан) Pac1(sc)

Lis (лисенцефалия) - нарушение на развитието на човешкия мозък
(гладък мозък). Протеинът взаимодейства с динеин, за да регулира
неговата функция.

ГОЛО(Ан) R011(Невроспора
красса) /Ndl1(SC) ; Nde1, Ndel1
(бозайници).

Тези протеини взаимодействат с Lis1 и дененините и осигуряват
тяхното функциониране.

Кар3(SC)

Kar3 е кинезин, който има С-краен моторен домен и принадлежи към
към семейството Kinesin-14.

Kip2(sc), чай 2
(Sp), KipA(Ан)

Гъбични кинезини, принадлежащи към семейството Kinesin-7, включително
CENP-E - центромерен протеин на бозайник, Kip2, Tea2 и
KipA

Klp10A(Dm), Klp59C, MCAK

Членове на семейството Kinesin-13. Klp10A - предполагаем хомолог
Kif2A бозайници. Klp59C (Dm) - предполагаем хомолог
MCAK бозайници. KLP10A и други членове Кин И
подсемейства на кинезини, взаимодействащи с неограничени
(-)-край на микротубулите на вретеното на делене по време на митоза.
Те осигуряват дисоциация на тубулиновите полюсни димери
клетки, допринасящи фрезоване(движение
микротубули към полюсите и скъсяване на микротубулите по време на
анафаза на митозата).

Динактин

Протеинов комплекс, включващ слепения протеин p150. Динактин се свързва
динеин и регулира неговите свойства, а също така прикрепя везикули
към динеина. p150glued е хомолог на NUDMA. нидуланс.

CLIP-170, Bik1 (sc), Бакшиш
(Sp)

CLIP-170 осигурява стабилизиране и растеж на микротубулите,
и също така регулира локализацията на динеин.

CLIP-170 - осигурява кацане на комплекса динеин-динактин,
участващи в транспорта на везикули, в края на микротубула.
LIP-170 се намира в цитоплазмата в неактивна конформация
в който свързващият микротубулите N-край е свързан
с С-края на същата молекула. При свързване на N-края с тубулин
или (+)-края на микротубула, С-краят се освобождава и се свързва
с комплекс динеин-динактин чрез p150 Залепена молекула, микротубула
стабилизира. Диненин-динактин се освобождава и започва
движение по микротубула (фиг. 3)

Някои токсини и лекарства, някои от които пречат на митозата, пречат на полимеризацията и деполимеризацията на тубулина:
Таксол е противораково лекарство, което стабилизира микротубулите.
колхицинът свързва тубулина чрез блокиране на полимеризацията. Микротубулите деполимеризират при високи концентрации на колхицин.
винбластин - засилва деполимеризацията чрез образуване на паракристали винбластин-тубулин.
нокодазол - осигурява деполимеризация на микротубулите.
Асоциацията се потиска от винбластин, винкристин, колхицин и се засилва от таксол.
Гама-сома е центърът, организиращ микротубулите на външната повърхност на ядрото.

Микрофиламенти

Мономер G-актин (глобуларен актин) – асиметричен
(42kDa) се състои от два домена, като йонния
сили агрегати в навит полимер F-актин (фибриларен
актин).

G-актинът има места за свързване на двувалентни катиони
и нуклеотиди при физиологични условия, заети от Mg 2+
и АТФ.

Полимеризация на G-актин до F-актин

F-актинът има полярност (+) и (-).
различни свойства.

Молекулата G-актин носи здраво свързан АТФ, който, когато
преход към F-актин бавно хидролизира до ADP - експонати
свойства на АТФазата Полимеризацията е придружена от хидролиза
ATP, което не е необходимо, тъй като полимеризацията протича в присъствието на
нехидролизируеми аналози на АТФ

Полимеризацията се състои от няколко процеса: нуклеация,
удължаване, дисоциация,
фрагментация, докинг.
Тези процеси протичат едновременно.

Нуклеация– свързване на три G-актина –
иницииране на полимеризация.

Удължение- удължаване на актиновата верига чрез
прикрепване на G-актин към (+)-края на F-актин.

Дисоциация- скъсяване на веригата. Деполимеризация
актинът има еднаква скорост в двата края

Раздробяване- в резултат на термично движение
F-актинът може да се фрагментира.

Докинг- могат да се свързват отделни фрагменти
един с друг край до край.

При концентрация G>F - полимеризацията протича едновременно
(+) и (-) край.

Ако Г (-)-край - бягаща пътека– движение на F-актин
поради едновременно удължаване на (+)-края и дисоциация
(-)-край. При G ~ F - настъпва динамично равновесие
полимеризация на (+) и деполимеризация на (–) край на цена
енергия АТФ G-актин се свързва с АТФ и полимеризира хидролизира
ATP в критичните краища на G-актина (+), краят се удължава,
и (-) - съкратено

актинови микрофиламенти

F-актин - фибриларен, дължина на спиралата 37
nm, d=6-8nm.

Актин-свързващи протеини

Повече от 50 протеина в цитоплазмата се свързват с актина
различни функции: регулиране на обема на G-актиновия пул (профилин),
влияят на скоростта на полимеризация (вилин), стабилизират
краищата на нишките (фрагин, а-актинин), зашийте нишките с
други или с други компоненти (вилин, α-актин, спектрин,
MARCKS, фимбрин), разрушават двойната спирала на F-актина (гелсолин).
Активността на тези протеини се регулира от Ca 2+ и протеин кинази.

Има пет места на действие на протеините: с мономера
актин, с (+)-край (перест), с (-)-край (заострен),
със странична повърхност. Актин-свързващите протеини могат да бъдат
чувствителни или нечувствителни към Ca 2+

1. Протеини, свързващи се с актиновия мономер - инхибират нуклеацията
(профилин, фрагментин - чувствителни към Ca 2+).
Profilin с мономер е в състояние да изгради F-актин, докато фрагментин
не, блокирайки както нуклеацията, така и удължаването. Не е чувствителен
към Ca 2+ DNase I и витамин-свързващ протеин
D - функция извън клетката.

2. Затварящ (+) край може да бъде блокиран чрез запушване
протеини - блокиране на удължаване и докинг, допринасят за
нуклеация - появата на скъсени нишки (гелсолин,
злодей, фрагмент)

3. (-)-край - иницииране на нуклеация, потискане на докинг
и удължаване - увеличаване на броя и намаляване на дължината на фрагментите.
Акументин в макрофагите, бревин - суроватъчен протеин причинява
бързо намаляване на вискозитета на разтвора на F-актин. И двата протеина са
чувствителни към Ca 2+

4. Без кръстосано свързване - страничното свързване може да стабилизира и двете
и дестабилизира F-актин тропомиозин (Ca-независим)
стабилизира, северин, вилин (Ca-зависим) - свързване
с F-актин го отрежете.

5. Омрежване на F-актин с образуване на гел. Такива
протеините предизвикват нуклеация. Такива протеини са димерни или имат
два актин-свързващи домена. тромбоцитен α-актин,
вилин, фимбрин, актиногелин от макрофаги (Ca-независими).

затварящи протеини- затварят краищата на актина
нишки, предотвратяващи полимеризация-деполимеризация,
насърчават закрепването на нишката към мембраната.

фалоидин- отрова от бледата гъба, връзва
с (-) края и инхибира деполяризацията.

цитохалазин– прикрепен е плесенен токсин
към (+) края, блокирайки полимеризацията.

затварящи-фрагментиращи протеини- фрагмент
F-актин, причиняващ преход от гел към зол (Gelsolin 90kD активиран
Ca2+ 10-6M разгражда F-актина и се свързва с краищата му).

F-актин свързващи протеини

Структури, образувани от актин

Клетъчен кортекс- мрежа от актинови нишки
под плазмената мембрана.

Филоподиум

Стресови фибрили – образуват се, когато една клетка има
възможност за закрепване към основата

Междинни нишки

МЕЖДИННИ ФИЛАМЕНТИ
протеини между клетъчни филаменти номер М, тип kD
киселинен кератин epit >15 40-57 I
основен кератинов епит >15 53-67 II
дезмин мишка 1 53 III
кисел фибриларен протеин глия, астроцити 1 50
vimentin mesenkh, епит на врата 1 57
периферна нервна 1 57
неврофиламентни протеини: аксони и дендрити IV
NF-L 1 62
NF-M 1 102
NF-H 1 110
интернексин CNS 1 66
nestin epit нервна тъкан 1 240
ламин А ядра на всички клетки 1 70 V
Ламин B 1 67
ламин C 1 67
септамерен мономер? паралелен димер? антипаралелен тетрамер? протофиламент? протофибрил?PF
междинни нишки
d=10nm, (цитокератини, десмин, виментин, кисел фибриларен глиапротеин (GFAP), неврофиламент) се състоят от основен прът str-ry - суперспирална спирала, такива димери се свързват антипаралелно, образувайки тетрамер, агрегация на тетрамери "глава до глава" " дава изображение на протофиламент, 8 протофиламента. междинно влакно | полимеризацията води до изображение. стабилни неполярни полимерни молекули

IF-свързани протеини
протеин М, kD локализация
BPAG1 230 хемидесмозоми
плакоглобин 3 дезмозоми
дезмоплацин I 250 дезм
десмоплакин II 215 десм
плектин 300 кортек. зона
анкирин 140 кортек. зона
филагрин 30 цитозол
В-ламинов рецептор 58 ядро
Мутиралите мишки нямат виментин, докато мишките живеят съвсем нормално.
В растителните клетки цитоскелетът е представен от микротубули и микрофиламенти, няма междинни нишки, но има ламини.

реснички

Мигла - израстък на цитоплазмата h=300nm, покрита с pm
аксонема – d=200nm, 9 дублета микротубули, 100, 2 централни микротубули, А-микротубула - 13 субединици, В-микротубула - 11 субединици,
базално тяло - потопено в цитоплазмата d = 200 nm, 9 триплета микротубули, има дръжки, втулка и спици в проксималната част.
Скоростта на движение на клетките поради ресничките може да достигне ~5 mm/s. Броят на ресничките в клетката на трахеята е ~300, в клетката на ресничките ~14 хиляди.
kinetocylium - способен на движение (епител, сперма), първични реснички - не се движат.

От Уикипедия, свободната енциклопедия

еукариотен цитоскелет. Актиновите микрофиламенти са оцветени в червено, микротубулите в зелено, клетъчните ядра в синьо.

Цитоскелет- това е клетъчна рамка или скелет, разположен в цитоплазмата на жива клетка. Той присъства във всички еукариотни клетки и хомолози на всички еукариотни цитоскелетни протеини са открити в прокариотни клетки. Цитоскелетът е динамична, променяща се структура, чиято функция е да поддържа и адаптира формата на клетката към външни влияния, екзо- и ендоцитоза, осигуряваща движението на клетката като цяло, активен вътреклетъчен транспорт и клетъчно делене.

Кератинови междинни нишки в клетка.

Цитоскелетът се формира от протеини, има няколко основни системи, наречени или според основните структурни елементи, видими при електронно микроскопични изследвания (микрофиламенти, междинни нишки, микротубули), или според основните протеини, които изграждат техния състав (актин-миозин система, кератини, система тубулин - динеин).

еукариотен цитоскелет

актинови нишки (микрофиламенти)

Около 7 nm в диаметър, микрофиламентите са две спирални вериги от актинови мономери. Те са концентрирани главно във външната мембрана на клетката, тъй като отговарят за формата на клетката и са в състояние да образуват издатини на клетъчната повърхност (псевдоподии и микровили). Те също така участват в междуклетъчното взаимодействие (образуването на адхезивни контакти), предаването на сигнали и заедно с миозина в мускулната контракция. С помощта на цитоплазмените миозини може да се извърши везикуларен транспорт по микрофиламенти.

Междинни нишки

Цитоскелет на прокариоти

Дълго време се смяташе, че само еукариотите имат цитоскелет. Въпреки това, след доклада от 2001 г. на Jones et al. (PMID 11290328), описващ ролята на бактериалните актинови хомолози в клетките Bacillus subtilis, започна период на активно изследване на елементите на бактериалния цитоскелет. Към днешна дата са открити бактериални хомолози и на трите вида еукариотни цитоскелетни елементи - тубулин, актин и междинни филаменти. Установено е също, че поне една група протеини на бактериален цитоскелет, MinD/ParA, няма еукариотни аналози.

Бактериални хомолози на актин

Най-изследваните актиноподобни компоненти на цитоскелета са MreB, ParM и MamK.

MreB и неговите хомолози

MreB протеините и неговите хомолози са подобни на актин компоненти на бактериалния цитоскелет, които играят важна роля в поддържането на клетъчната форма, хромозомната сегрегация и организацията на мембранните структури. Някои видове бактерии, като напр Ешерихия коли, имат само един MreB протеин, докато други могат да имат 2 или повече MreB-подобни протеини. Пример за последното е бактерията Bacillus subtilis, в които MreB протеини, Mbl ( Мповторно б-л ike) и MreBH ( MreB чомолог).

В геномите E. coliИ B. subtilisгенът, отговорен за синтеза на MreB, се намира в същия оперон като гените за MreC и MreD протеините. Мутациите, потискащи експресията на този оперон, водят до образуването на сферични клетки с намалена жизнеспособност.

Субединиците на протеина MreB образуват филаменти, които се увиват около пръчковидна бактериална клетка. Те са разположени на вътрешната повърхност на цитоплазмената мембрана. Филаментите, образувани от MreB, са динамични, постоянно претърпяват полимеризация и деполимеризация. Точно преди клетъчното делене, MreB се концентрира в областта, където ще се образува стеснението. Смята се, че функцията на MreB е също така да координира синтеза на муреин, полимер на клетъчната стена.

Гените, отговорни за синтеза на хомолози на MreB, са открити само в пръчковидни бактерии и не са открити в коки.

ParM

Протеинът ParM присъства в клетки, съдържащи плазмиди с ниско копие. Неговата функция е да разрежда плазмидите по полюсите на клетката. В същото време протеиновите субединици образуват нишки, които са удължени по главната ос на пръчковидната клетка.

Нишката в своята структура е двойна спирала. Растежът на филаменти, образувани от ParM, е възможен и в двата края, за разлика от актиновите нишки, които растат само на ± полюса.

МамК

MamK е протеин, подобен на актин Magnetospirillum magneticumотговорни за правилното позициониране на магнитозомите. Магнетозомите са инвагинации на цитоплазмената мембрана, заобикаляща железни частици. Нишката MamK действа като водач, по който магнитозомите са подредени една след друга. В отсъствието на MamK протеина, магнитозомите са произволно разпределени по клетъчната повърхност.

От Уикипедия, свободната енциклопедия

Цитоскелет- това е клетъчна рамка или скелет, разположен в цитоплазмата на жива клетка. Той присъства във всички еукариотни клетки и хомолози на всички еукариотни цитоскелетни протеини са открити в прокариотни клетки. Цитоскелетът е динамична, променяща се структура, чиято функция е да поддържа и адаптира формата на клетката към външни влияния, екзо- и ендоцитоза, осигуряваща движението на клетката като цяло, активен вътреклетъчен транспорт и клетъчно делене. Цитоскелетът се формира от протеини, има няколко основни системи, наречени или според основните структурни елементи, видими при електронно микроскопични изследвания (микрофиламенти, междинни нишки, микротубули), или според основните протеини, които изграждат техния състав (актин-миозин система, кератини, система тубулин - динеин).

еукариотен цитоскелет

актинови нишки (микрофиламенти)

Около 7 nm в диаметър, микрофиламентите са две спирални вериги от актинови мономери. Те са концентрирани главно във външната мембрана на клетката, тъй като отговарят за формата на клетката и са в състояние да образуват издатини на клетъчната повърхност (псевдоподии и микровили). Те също така участват в междуклетъчното взаимодействие (образуването на адхезивни контакти), предаването на сигнали и заедно с миозина в мускулната контракция. С помощта на цитоплазмените миозини може да се извърши везикуларен транспорт по микрофиламенти.

Междинни нишки

микротубули

Цитоскелет на прокариоти

Дълго време се смяташе, че само еукариотите имат цитоскелет. Въпреки това, след доклада от 2001 г. на Jones et al. (), описващ ролята на хомолози на бактериален актин в клетките Bacillus subtilis, започна период на активно изследване на елементите на бактериалния цитоскелет. Към днешна дата са открити бактериални хомолози и на трите вида еукариотни цитоскелетни елементи - тубулин, актин и междинни филаменти. Установено е също, че поне една група протеини на бактериален цитоскелет, MinD/ParA, няма еукариотни аналози.

Бактериални хомолози на актин

Най-изследваните актиноподобни компоненти на цитоскелета са MreB, ParM и MamK.

MreB и неговите хомолози

MreB протеините и неговите хомолози са подобни на актин компоненти на бактериалния цитоскелет, които играят важна роля в поддържането на клетъчната форма, хромозомната сегрегация и организацията на мембранните структури. Някои видове бактерии, като напр Ешерихия коли, имат само един MreB протеин, докато други могат да имат 2 или повече MreB-подобни протеини. Пример за последното е бактерията Bacillus subtilis, в които MreB протеини, Mbl ( Мповторно б-л ike) и MreBH ( MreB чомолог).

В геномите E. coliИ B. subtilisгенът, отговорен за синтеза на MreB, се намира в същия оперон като гените за MreC и MreD протеините. Мутациите, потискащи експресията на този оперон, водят до образуването на сферични клетки с намалена жизнеспособност.

Субединиците на протеина MreB образуват филаменти, които се увиват около пръчковидна бактериална клетка. Те са разположени на вътрешната повърхност на цитоплазмената мембрана. Филаментите, образувани от MreB, са динамични, постоянно претърпяват полимеризация и деполимеризация. Точно преди клетъчното делене, MreB се концентрира в областта, където ще се образува стеснението. Смята се, че функцията на MreB е също така да координира синтеза на муреин, полимер на клетъчната стена.

Гените, отговорни за синтеза на хомолози на MreB, са открити само в пръчковидни бактерии и не са открити в коки.

ParM

Протеинът ParM присъства в клетки, съдържащи плазмиди с ниско копие. Неговата функция е да разрежда плазмидите по полюсите на клетката. В същото време протеиновите субединици образуват нишки, които са удължени по главната ос на пръчковидната клетка.

Нишката в своята структура е двойна спирала. Растежът на филаменти, образувани от ParM, е възможен и в двата края, за разлика от актиновите нишки, които растат само на ± полюса.

МамК

MamK е протеин, подобен на актин Magnetospirillum magneticumотговорни за правилното позициониране на магнитозомите. Магнетозомите са инвагинации на цитоплазмената мембрана, заобикаляща железни частици. Нишката MamK действа като водач, по който магнитозомите са подредени една след друга. В отсъствието на MamK протеина, магнитозомите са произволно разпределени по клетъчната повърхност.

Тубулинови хомолози

Понастоящем са открити два тубулинови хомолози в прокариоти: FtsZ и BtubA/B. Подобно на еукариотния тубулин, тези протеини имат GTPase активност.

FtsZ

Протеинът FtsZ е изключително важен за деленето на бактериалните клетки; той се намира в почти всички еубактерии и археи. Също така, хомолози на този протеин са открити в еукариотни пластиди, което е още едно потвърждение за техния симбиотичен произход.

FtsZ образува така наречения Z-пръстен, който действа като скеле за допълнителни протеини на клетъчното делене. Заедно те съставляват структурата, отговорна за образуването на стеснението (септите).

BtubA/B

За разлика от широко разпространения FtsZ, тези протеини се срещат само в бактериите от рода Prosthecobacter. Те са по-близки до тубулина по своята структура, отколкото FtsZ.

Кресцентин, хомолог на междинни филаментни протеини

Протеинът е открит в клетките Caulobacter crescentus. Неговата функция е да дава на клетките C. crescentusвибрионни форми. При липса на експресия на клетъчния кресцентинов ген C. crescentusприемете формата на пръчка. Интересно е, че клетките на двойни мутанти, кресцентин - и MreB -, имат сферична форма.

MinD и ParA

Тези протеини нямат хомолози сред еукариотите.

MinD отговаря за позицията на мястото на делене в бактериите и пластидите. ParA участва в разделянето на ДНК на дъщерни клетки.

Вижте също

Напишете рецензия за статията "Цитоскелет"

Бележки

Откъс, характеризиращ цитоскелета

Гостната на Анна Павловна започна постепенно да се пълни. Пристигна най-висшето благородство на Петербург, хора с най-разнородна възраст и характер, но еднакви в обществото, в което всички живееха; пристигна дъщерята на княз Василий, красивата Елена, която беше повикала баща си да отиде с него на празника на пратеника. Беше в шифър и бална рокля. Известна още като la femme la plus seduisante de Petersbourg [най-очарователната жена в Санкт Петербург], младата, малка принцеса Болконская, която се омъжи миналата зима и сега не излезе в големия свят поради бременността си, а отиде на малки вечери, също пристигна. Принц Иполит, син на княз Василий, пристигна с Мортемар, когото той представи; Абе Морио и много други също дойдоха.
- Още не си го видял? или: - не се познавате ma tante [с леля ми]? - каза Анна Павловна на гостуващите гости и много сериозно ги доведе до малка старица с високи поклони, която изплува от друга стая, веднага щом гостите започнаха да пристигат, тя ги повика по име, бавно отмествайки очи от гост на ma tante [леля] и след това си тръгна.
Всички гости изпълниха церемонията по поздравяване на непозната, безинтересна и никому ненужна леля. Анна Павловна проследи поздравите им с тъжно, тържествено съчувствие, като мълчаливо ги одобри. Ma tante говореше на всички с еднакви думи за своето здраве, за нейното здраве и за здравето на Нейно Величество, което днес, слава Богу, беше по-добро. Всички, които се приближиха, без да бързат от приличие, с чувство на облекчение от тежкото задължение, което бяха изпълнили, се отдалечиха от старицата, за да не се качат при нея цяла вечер.
Младата принцеса Болконская пристигна с работа в бродирана златна кадифена чанта. Хубавата й, с леко почернели мустачки, горната й устна беше къса на зъбите, но толкова по-хубаво се отваряше и понякога се изпъваше още по-хубаво и падаше върху долната. Както винаги при доста привлекателни жени, късите устни и полуотворената й уста изглеждаха нейната особеност, всъщност нейната красота. За всички беше забавно да гледат тази красива бъдеща майка, пълна със здраве и жизненост, която толкова лесно понасяше положението си. На старците и на отегчените, мрачни младежи, които я гледаха, им се струваше, че самите те заприличват на нея, след като са били и са говорили известно време с нея. Който заговори с нея и виждаше на всяка дума нейната бляскава усмивка и блестящи бели зъби, които постоянно се виждаха, смяташе, че днес той е особено любезен. И това си мислеха всички.
Малката принцеса, клатушкайки се, заобиколи масата с малки бързи стъпки с работна чанта на ръката си и, весело оправяйки роклята си, седна на дивана, близо до сребърния самовар, сякаш всичко, което правеше, беше part de plaisir [развлечение ] за нея и за всички около нея.
- J "ai apporte mon ouvrage [хванах работата]", каза тя, като разгъна чантата си и се обърна към всички заедно.
„Виж, Анет, ne me jouez pas un mauvais tour“, обърна се тя към домакинята. - Vous m "avez ecrit, que c" etait une toute petite soiree; voyez, comme je suis attifee. [Не ми изигравайте лоша шега; писахте ми, че сте имали много малка вечер. Вижте колко зле съм облечен.]
И разпери ръце, за да й покаже дантелена елегантна сива рокля, препасана с широка панделка малко под гърдите.
- Soyez tranquille, Lise, vous serez toujours la plus jolie [Спокойно, ще бъдеш най-добрият] - отговори Анна Павловна.
- Vous savez, mon mari m „abandonne“, продължи тя със същия тон, имайки предвид генерала, „il va se faire tuer. Dites moi, pourquoi cette vilaine guerre, [Знаеш ли, съпругът ми ме напуска. смъртта му.Кажи , защо тази гадна война,] - каза тя на княз Василий и, без да чака отговор, се обърна към дъщерята на княз Василий, към красивата Елена.
- Quelle delicieuse personne, que cette petite princesse! [Какъв чаровен човек е тази малка принцеса!] - тихо каза княз Василий на Анна Павловна.
Малко след малката принцеса влезе масивен, едър младеж с подстригана глава, очила, светъл панталон по тогавашната мода, с висока волана и кафяв фрак. Този дебел младеж беше незаконен син на известния благородник на Екатерина, граф Безухой, който сега умираше в Москва. Той още никъде не беше служил, току-що беше пристигнал от чужбина, където беше възпитан, и за първи път беше в обществото. Анна Павловна го поздрави с поклон, който принадлежеше на хората от най-ниската йерархия в нейния салон. Но въпреки този нисък поздрав, при вида на Пиер, който влиза, Анна Павловна показа тревога и страх, подобни на тези, които се изразяват при вида на нещо твърде огромно и необичайно за едно място. Въпреки че наистина Пиер беше малко по-едър от другите мъже в стаята, но този страх можеше да се свърже само с онзи интелигентен и в същото време плах, наблюдателен и естествен вид, който го отличаваше от всички в тази всекидневна.

- това е система от нишковидни структури, най-важното е, че те са подредени полимери на протеини от същия клас, който присъства в клетките на бактериите и археите. Всички изследвани (от 2006 г.) протеини на бактериалния цитоскелет са способни да се самоорганизират в дълги нишки. инвитро.

Цитоскелетът на прокариотите е открит за първи път в началото на 90-те години на миналия век, когато е установено, че почти всички бактерии и повечето археи съдържат протеина FtsZ, който е хомолог на тубулин и може да полимеризира в нишки, образуващи пръстен (Z-пръстен) по време на клетъчното делене. По-късно са открити и прокариотни хомолози на актина. Тези открития промениха представата, че липсата на цитоскелет е най-важната причина за по-малкия размер и по-простата организация на прокариотите в сравнение с еукариотите. От друга страна, сега се приема, че относителната простота на бактериите и археите е свързана с наличието на моторни протеини (поне те не са открити досега), които „вървят“ по филаментите на цитоскелета и осигуряват транспорт за различни структури, както и за придвижване на цялата клетка.

Наличието на хомолози на актин и тубулин в прокариотите предполага, че тези два класа нуклеотид-свързващи протеини, които могат да образуват кучешки нишки, са възникнали в процеса на еволюция доста отдавна, дори преди появата на еукариотите. Въпреки това, ядрените и неядрените организми ги използват по различен начин, например тубулиновият хомолог FtsZ участва в бактериалната цитокинеза, докато актиновите нишки изпълняват тази функция в еукариотите, напротив, актиновите хомолози участват в разликата между ДНК молекулите по време на деленето в бактерии и микротубули в еукариотите с тубулин, образуващ вретеното на делене. Също така, най-малко един клас протеини е открит в прокариотите, които могат да се считат за хомолози на междинни филаментни протеини и един клас цитоскелетни протеини - ATPase тип Walker A (WACA - MinD и PraA), които нямат съответствия в еукариотите.

актинови хомолози

През 2001 г. Джоунс Джоунс)и spivrobintniki установи, че бактерията Bacillus subtilisприсъстват актинови хомоложни протеини, които образуват дълги спирални структури. Това откритие даде началото на интензивно развитие на изследванията в областта на цитоскелета на прокариотите, в резултат на което бяха открити много други актинови хомолози. Всички тези протеини се характеризират с наличието на актинов АТФазен домен. Повечето от тях, подобно на актина в еукариотите, са част от цитоскелета, но някои имат други функции, като FtsA, участващ в клетъчното делене, DnaK шаперон и хексокиназа. Бактериалните актинови хомолози имат подобна пространствена структура, но най-вече се различават доста силно в аминокиселинната последователност (5-10% идентичност). Също така, тези протеини имат отлични характеристики на динамиката на полимеризацията и свойствата на нишките, които образуват. Очевидно, за разлика от еукариотите, които използват един и същ актин за различни клетъчни нужди, бактериите имат много варианти на такива протеини, всеки от които е специализиран да изпълнява отделна функция.

MreB и неговите хомолози

мреб (английски) Мовладяваш клъстер B)и неговите хомолози - протеини са често срещани сред бактериите, които имат пръчковидна или спирална форма и липсват в коките. Някои бактерии, например Ешерихия колиИ Caulobacter crescentus,съдържащи само MreB протеиновия ген, докато други, по-специално bacillus subtilis,в допълнение към него, гените на неговите хомолози Mbl (англ. М re B — като) и MreBH MreB h омолог). Тези протеини осигуряват поддържането на пръчковидната форма на клетката, нейната полярност, както и разликите в копията на бактериалната ДНК по време на деленето.

Структура и динамика на MreB филаменти и неговите хомолози

in vivo MreB протеинът и неговите хомолози образуват дълги спирални нишки, разположени по протежение на бактериалната клетка, те могат да бъдат комбинирани в здрави и доста гъвкави снопове. Такива нишки са динамични структури; техният полуживот обикновено не надвишава няколко минути. Освен това при някои видове, по-специално C. crescentusИ Rhodobacter sphaeroides MreB нишките променят местоположението си по време на клетъчния цикъл: по време на деленето те се концентрират в централната част на клетката и образуват пръстен. Въпреки това, тъй като мутантите с делеция на mreB не губят способността си да претърпят цитокинеза, изглежда, че MreB протеинът не е необходим за този процес.

Както е показано в експерименти с бактериални протеини Thermotoga maritima MreB мономерните единици са способни на самоорганизация инвитрона дълги линейни нишки, които се състоят от два протофиламента, разположени успоредно. И така, според структурата на нишките MreB, те се различават по F-актин, образуван от две вериги, спирално усукани една около друга. Полимеризацията на MreB изисква наличието на АТФ в средата, но протича еднакво добре в присъствието на GTP (за разлика от актина, който полимеризира само в присъствието на АТФ). Това се дължи на факта, че новите субединици са включени в полимера само във формата, свързана с нуклеотиден трифосфат; по-късно настъпва хидролизата на свързания ATP или GTP до ADP или GDP, съответно.

Функции на MreB и неговите хомолози

Една от основните функции на MreB филаментите и хомоложните протеини е да поддържат пръчковидна или спирална форма на бактериалната клетка. Мутациите, които нарушават експресията на тези протеини, водят до изразена промяна във формата на бактериите (като правило те се превръщат в заоблени клетки или в случая на Mbl в клетки с неправилна форма). Въпреки това MreB филаментите НЕ служат директно като скелета за клетъчната форма, а от своя страна, подредени спираловидно по нея, те са места за прикрепване на ензими, синтезиращи пептидогликан на клетъчната стена. По този начин те регулират характера на отлагането на нови елементи върху обвивката на бактериите, което всъщност е определящият фактор за поддържане на постоянна форма. По подобен начин микротубулите на растителна клетка влияят на нейната форма, като насочват включванията на целулозни молекули в клетъчната стена. При много бактерии (вкл E.coliИ B.subtilis)ген mreBе част от оперона, който също включва гени mreCИ mreD.Този оперон е включен в голям клъстер от гени, необходими за биосинтеза на пептидогликан. Генни продукти mreCИ mreDса протеини на вътрешната мембрана на грам-отрицателни бактерии, те взаимодействат с протеина MreB и участват в организацията на неговия комплекс с ензими, участващи в биосинтезата на муреин, като муреин транспептидаза PBP2. Този комплекс включва и трансмембранните протеини RodZ и RodA.

MreB филаментите също участват в определянето на някои аспекти на клетъчната полярност, по-специално концентрацията на единия или двата полюса на определени протеини, като тези, отговорни за хемотаксиса, подвижността, секрецията и вирулентността.

Друга функция на MreB и неговите хомолози е участието в разликата между копията на бактериалната хромозома по време на деленето. Сред мутантите, в които този протеин липсва, са открити клетки с няколко нуклеоида в цитоплазмата, както и клетки, които нямат хромозоми. Мястото на прикрепване на MreB протеини към бактериална ДНК е точката oriC; прикрепването става директно или с участието на други протеини. Когато са разделени, филаментите на цитоскелета осигуряват разлики в точките oriC на две ДНК копия в противоположните краища на клетката; механизмът на този процес все още не е изяснен (2006). Също така не е известно как се случва хромозомна сегрегация в коки, които нямат гена mreBи неговите хомолози.

Разделяне на протеини на плазмиди ParM

Много бактериални плазмиди с ниско копие (~ 1-5 копия) имат специални системи, които гарантират техните различия след репликация. Тези механизми са необходими, за да може всяка от дъщерните клетки да получи поне една плазмидна ДНК молекула след разделянето. Има три вида системи, които осигуряват разлики в плазмидите с ниско копие, всеки от които използва различни моторни протеини (тип I - Walker A-тип ATPases или ParA-подобни протеини, тип II - тубулинови хомолози или TubZ-образни протеини, тип III - хомолози на актин или протеини с форма на ParM). Протеин ParM (от англ. алдвигател за позициониране)е открит за първи път при изследване на плазмид R1 E.coli. Тази система за сегрегация на плазмидна ДНК сега е по-добре разбрана. Подобна система е открита в други плазмиди, по-специално тези, отговорни за разпространението на резистентност към множество лекарства. мултилекарствена резистентност).

Структура и динамика на ParM филаменти

Както всички елементи на цитоскелета, ParM филаментите се състоят от мономерни протеинови субединици. Тези субединици са способни на полимеризация инвитров присъствието на ATP или GTP. Получените нишки се състоят от два протофиламента, усукани един около друг (структурата е подобна на F-актина). В живите клетки ParM мономерите образуват дълги неразклонени нишки, които са разположени по протежение на оста на бактерията. За разлика от актина и MreB и неговите аналози, ParM не образува снопове.

Полимеризацията и дисоциацията на ParM мономерите зависи от добавянето и хидролизата на ATP. Новите субединици са включени във влакната в ATP-свързана форма и прикрепването може да се случи в двата края на влакната. Едновременно с включването на нова субединица ParM-ATP, хидролизата на ATP се извършва в последната прикрепена протеинова молекула. По този начин цялата нишка се състои от ParM-ADP протеини и само в краищата са ParM-ATP субединици, които "KEPU" цялата структура, стабилизирайки я.

При липса на подходящ плазмид, ParM нишките продължават да полимеризират, докато достигнат определена критична дължина. След това те започват да се дисоциират много бързо, като скоростта на този процес е около 100 пъти по-висока от тази на F-актина, т.е. наблюдава се така наречената динамична нестабилност, според която тези елементи са по-скоро като еукариотни микротубули .

Принцип на действие на ParM нишките

ген parMвлиза в локуса алплазмид R1, в допълнение към него, той също съдържа раздел parC(от английски. C ентромера), който играе роля, подобна на центромера в еукариотните хромозоми, както и на гена пар,чийто продукт е ParR (от англ. репресор) се присъединява към секцията parCи авторегулира транскрипцията на локуса номинал,и също така служи като адаптер за прикрепване на ParM протеина.

След репликация на плазмида R1 към двете му копия в региона parCпротеинът ParR е прикрепен. В това състояние той може да свърже и стабилизира ParM нишките, които постоянно се сглобяват и разглобяват в цитоплазмата. След това ParM полимерните нишки започват да дъвчат, прикрепвайки нови мономери във всеки край. Този процес е придружен от хидролиза на АТФ. Поради удължаването на нишките, двата плазмида, които са прикрепени към краищата му, се разделят в различни посоки, докато достигнат полюсите на клетката. Това е последвано от дисоциация на ParM полимера.

Магнитозомен организиращ протеин MamK

Друг хомолог на прокариотен актин, MamK, участва в организацията на мембраните на магнитозомите. Магнетозомите са свързани с мембрана органели на бактерии от родовете МагнитоспирилумИ магнетокок,съдържащи кристали от магнетит и помагат на бактерията да се ориентира в геомагнитното поле. В клетката магнитозомите са подредени в редица, в резултат на което могат да функционират като магнитна игла. Това разположение се осигурява от нишките на протеина MamK, към които са прикрепени тези мембранни везикули.

Тубулинови хомолози

Повечето прокариоти също имат хомолози на еукариотния протеин тубулин, който изгражда микротубулите. Най-добре проученият от тези хомолози е FtsZ blilock, участващ в цитокинезата. Тубулинът и FtsZ имат доста малка идентичност в аминокиселинната последователност, само GTPase домейнът е запазен, но те са сходни по пространствена структура. Също така в някои представители на бактерии и археи са открити други хомолози на тубулин: например BtubA / BtubB Prosthebacter dejoneii, както и TubZ и RepX, кодирани от плазмидни гени на бактерии от рода бацил.

FtsZ и Z-пръстен

FtsZ (FtsZ) Ечувствителен към температурата на запалване мутант Z)е един от първите цитоскелетни протеини, идентифицирани в прокариоти. Намира се в клетките на почти всички изследвани бактерии и археи, както и в еукариотни органели, получени от прокариоти, по-специално пластиди. Този протеин участва в образуването на Z-пръстена, осигурява цитокинеза по време на клетъчното делене. В допълнение към FtsZ, този процес включва и голям брой спомагателни протеини, по-специално тези, които участват в синтеза на бактериалната клетъчна стена.

Структура и динамика на FtsZ филаменти

Образуват се мономери FtsZ инвитропротофиламенти, състоящи се от един ред от тези протеини. Протофиламентите НЕ се събират в структури, подобни на микротубулите, въпреки че понякога образуват снопове или листове. FtsZ полимеризира в активна GTP-свързана форма; обаче, за разлика от тубулина, този протеин обикновено не хидролизира GTP след включването му в протофиламента. По този начин, за разлика от микротубулните протофиламенти, които почти изцяло се състоят от GDP-тубулин и имат само GTP-тубулинови капачки в краищата, съотношението на GTP-свързани към GDP-свързани субединици в FtsZ протофиламенти е 80:20.

При определени условия може да настъпи хидролиза на GTP в протофиламенти FtsZ; в този случай тяхната форма се променя главно от права към извита и полимерът се дестабилизира, в резултат на което може да се разложи на мономери. FtsZ протофиламентите са динамични структури; те постоянно обменят субединици с набор от свободни мономери.

Z-пръстенова структура

Част от протеина FtsZ в клетката участва в образуването на Z-пръстена, докато останалата част е в цитоплазмата в мономерна форма или под формата на къси нишки. Както е показано чрез флуоресцентна микроскопия (използвайки белязани антитела или FtsZ, слят с GFP), Z-пръстенът е ясно видим в центъра на повечето клетки. По време на клетъчното делене тя се свива, като по този начин позволява цитокинеза. Едновременно с намаляването на Z-пръстена в майчината клетка, FtsZ започва да полимеризира в центъра на дъщерните клетки.

Z-пръстенът не се състои от един FtsZ, затворен в протофиламента, както показват многобройни изследвания, количеството FtsZ мономери в Z-пръстена е достатъчно, за да направи около 2,5 завъртания около вътрешния диаметър на клетката. Тъй като отделните FtsZ протофиламенти са много по-къси от клетъчната обиколка, беше предложен модел за структурата на Z-пръстена, според който той е съставен от голям брой припокриващи се къси протофиламенти. Този модел беше потвърден от данни, получени с помощта на електронна криотомография. Съществуват обаче и алтернативни модели за структурата на Z-пръстена, един от които предполага, че FtsZ протофиламентите взаимодействат от край до край и образуват непрекъсната спирала.

За да се даде възможност за цитокинеза, Z-пръстенът трябва по някакъв начин да бъде прикрепен към плазмената мембрана. Тази роля в повечето бактерии се изпълнява от пиинтегралния протеин FtsA и трансмембранния протеин ZipA, чиито цитоплазмени домени са прикрепени към FtsZ.

Модели на функциониране на Z-пръстен по време на цитокинеза

Механизмът, по който Z-пръстенът се свива по време на цитокинезата, все още е неясен. Имаше няколко хипотези, описани по-горе:

• Модел на коване:тъй като е вероятно Z-пръстенът да е свързан с протофиламенти, които могат да взаимодействат странично, подобно на еукариотния актин и миозин, се предполага, че има специфичен моторен протеин, който може да осигури плъзгането на тези протофиламенти един към друг. С напредването на този процес FtsZ също се деполимеризира, като по този начин Z-пръстенът се скъсява и издърпва плазмената мембрана заедно със себе си. Основният недостатък на този модел е, че не са открити такива моторни протеини в нито един от бактериалните видове.
• Модел "рамка": FtsZ протофиламентите могат да играят пасивна роля в цитокинезата. Според този модел те само привличат ензими за синтез на клетъчната стена към мястото, където трябва да се осъществи цитокинезата. Отложените нови слоеве пептидогликан осигуряват включването на плазмената мембрана, в резултат на което Z-пръстенът се усуква. Този модел не е в състояние да обясни механизма на цитокинезата в микобактериите, по-специално Mycobacterium tuberculosis,при които пептидогликанът обикновено отсъства в килтиновата стена.
• Моделът на "повтарящото се стискане".- най-известният в момента. Този механизъм не включва участието на моторни протеини, но предполага, че самите протофиламенти FtsZ могат да генерират силата, необходима за цитокинезата. Смята се, че нишките в Z-пръстена са прикрепени към цитоплазмената мембрана в GTP-свързана форма, в който случай те имат права конформация. Впоследствие в тях настъпва хидролиза на GTP, което води до огъване на нишките. Когато това се случи, клетъчната мембрана, прикрепена към нишките от FtsA или ZipA протеините, се огъва донякъде. Това последователно компресиране на мембраната води до цитокинеза. Само последните му етапи не могат да възникнат по този механизъм и вероятно преминават без участието на протеина FtsZ.

Други тубулинови хомолози

Секвенирането на геномите на много бактерии разкри някои тубулиноподобни протеини, които се различават от FtsZ. Особено при бактериите Prosthebacter dejoneiiбяха открити два протеина BtubA и BtubB. ббактериална вана ulin),които са хомолози на α и β тубулин, съответно. По време на полимеризация в присъствието на GTP те образуват хетеродимер, както и α и β тубулин. Функцията на тези протеини засега не е известна.

Интересното е, че тези протеини са много по-близки по аминокиселинна последователност до еукариотните тубулини, отколкото до техния прокариотен хомолог FtsZ. Смята се, че бактерията P. dejoneiiса получили гените за тези протеини в резултат на хоризонтален трансфер от еукариоти.

Друг клас тубулинови хомолози е открит в големи плазмиди на бактерии от рода бацил,зокема:

• Протеин TubZ Bacillus thuringiensis, кодиран от pBtoxis плазмидни гени;
• Протеинът RepX е кодиран в плазмида pX01 Bacillus anthracis.

И двата протеина са способни да образуват дълги нишки в резултат на полимеризация в присъствието на GTP и са необходими за стабилното поддържане на съответния плазмид в клетката. Те могат да участват в сегрегацията на плазмидното копие, репликацията на плазмид или и двете.

Кресцентинът е хомолог на междинните филаментни протеини

Crescentin е междинен филаментен протеин, открит в бактериите Caulobacter crescentusи други бактерии от този род. Този протеин поддържа дълга, извита, нишковидна структура, която минава по вътрешния ръб на комоподобната бактерия и гарантира, че тази форма се поддържа. При отсъствието на кресцентин бактериите стават криоподобни, но не губят жизнеността си.Кресцентинът има 25% идентичност и 40% хомология в аминокиселинната последователност с еукариотните междинни филаментни протеини, както и подобна организация на протеиновите домени - по-специално , наличието на централен домен с двойна спирала (англ. Навита намотка).Полимеризацията на кресцентинови мономери, както в случая на еукариотни междинни филаментни протеини, протича без необходимост от нуклеотиди. Чудя се какво да оформя C. crescentusв допълнение към кресцентин е необходим и актиновият хомолог MreB; в негово отсъствие клетките стават сферични въпреки наличието на кресцентин.

Цитоскелетна АТФаза тип Walker A

В допълнение към хомолозите на еукариотния актин, тубулин и междинни филаментни протеини, цитоскелетни компоненти също са открити в бактерии, които нямат аналози в ядрените клетки. По-специално, това са протеините WACA (англ. Walker A цитоскелетна АТФаза- цитоскелетна АТФ-аза от типа Walker A), принадлежаща към функционално хетерогенното семейство АТФ-ази, имаща консервативен анормален Walker A домен в структурата си и димеризираща в присъствието на АТФ.

WACA протеините в ATP-свързана форма могат да образуват полимери върху определени повърхности, като клетъчната мембрана, и се считат за елементи на цитоскелета. Този клас включва протеина MinD, който участва в определянето на мястото, където ще се проведе цитокинезата по време на разделянето, и протеините ParA, Soj, както и SopA и ParF, които осигуряват разлики (сегрегация) на плазмидни и бактериални хромозомни копия. Въпреки че имат различни функции, тези протеини имат много сходна пространствена структура и високо ниво на хомология на аминокиселинната последователност. Всички WACA са способни на АТФ хидролиза, тяхната каталитична активност се регулира чрез взаимодействие с активиращи протеини: за MinD това е протеинът MinE, а за ParA - ДНК-свързващият протеин ParB. Също така, това семейство протеини е обединено от факта, че зад всички тях се наблюдава динамично поведение. in vivo:полимеризираните форми на тези протеини осцилират между определени клетъчни области. Например, MinDs полимеризират първо на единия полюс на клетката, след това на другия, продължителността на такъв цикъл е 40-50 секунди. Протеините ParA и Soj осцилират предимно между два нуклеоида преди делене и техните интервали от време на „скачане“ са по-малко редовни (от няколко минути до час).

MinCDE система

Механизмът на трептене се разбира по-добре, като се използва примерът на системата MinCDE, която включва WACA MinD. Тази система е необходима на клетката, за да постави точно Z-пръстена в централната част за правилното преминаване на цитокинезата. Съдържа три протеина:

• MinC, FtsZ полимеризационен инхибитор;
• MinD - WACA цитоскелетен протеин, който полимеризира върху цитоплазмената мембрана;
• MinE е протеин, който стимулира хидролитичната активност на MinD.

IN E.coliтази система функционира по следния начин: след добавяне на ATP молекула, MinD полимеризира върху плазмената мембрана, образувайки спирали. В тази активирана форма той се свързва с протеина MinC, който инхибира образуването на Z-пръстена на това конкретно място. MinD-ATP може също да взаимодейства с MinE, което стимулира хидролизата на ATP, след което инактивираният MinD се отделя от мембраната и може да се дисоциира на друго място. Той се разпада главно към противоположния полюс на клетката, където няма MinE протеин, там започва полимеризацията на новия комплекс, която продължава до завършване на деполимеризацията на стария. И когато започне да приключва, протеинът MinE се освобождава и започва да „унищожава“ новосъздадения комплекс MinD / MinC. Така този комплекс "скача" от един полюс на друг с периодичност от 40-50 минути и не засяга само централната област, където се образува Z-пръстенът, тъй като там нищо не го потиска.

Въпреки че MinD е много запазен протеин сред прокариотите, той функционира по различен начин при различните видове, например в B. subtilisне възникват колебания: MinD е трайно прикрепен към клетъчните полюси от друг DivIVA протеин. В допълнение, бактериите имат „резервни“ механизми за пространствено регулиране на цитокинезата, които работят дори при отсъствие на MinCDE, например механизмът за „избягване на нуклеоиди“: образуването на Z-пръстена се потиска близо до нуклеоида.

При някои бактерии както системата MinCDE, така и механизмът за „избягване на нуклеоидите“ липсват напълно, например в C. crescentusмястото на цитокинезата се определя от протеина MipZ (подобно на ParA). Този протеин полимеризира близо до ори точката и също инхибира образуването на Z-пръстена.

Използвани източници

1. Shih YL, Rothfield L (2006). Бактериалният цитоскелет. Microbiol Mol Biol Rev 70. с. 729-54. doi: 10.1128/MMBR.00017-06. PMID 16959967.
2. Bi EF, Lutkenhaus J (1991). Пръстенова структура на FtsZ, свързана с деленето в Escherichia coli. Природата 354. с. 161-4. doi: 10.1038 / 354161a0. PMID 1944597.
3. Албъртс Б, Джонсън А, Луис Дж, Раф М, Робъртс К, Уолтър П (2007). Молекулярна биология на клетката(5-то издание). Гарландска наука. ISBN 978-0-8153-4105-5.
4. Гитай Z (2005). Новата биология на бактериалната клетка: движещи се части и субклетъчна архитектура. клетка 120.
5. Гердес К (2009). RodZ, нов играч в морфогенезата на бактериалните клетки. Вестникът EMBO 28. с. 171 - 172. doi: 10.1038 / emboj.2008.287. PMID 19194484.
6. Salje J, Gayathri P, Lowe J (2005). Системата ParMRC: молекулярни механизми на плазмидна сегрегация чрез актиноподобни филаменти. клетка 120. с. 577-86. doi: 10.1016 / j.cell.2005.02.026. PMID 15766522.
7. Taoka A, Asada R, Wu LF, Fukumori Y (2007). Полимеризация на актиноподобния протеин MamK, който е свързан с магнитозоми. J Bacteriol 189. с. 8737-40. doi: 10.1128 / JB.00899-07. PMID 17905974.
8. Thanbichler M, Shapiro L (2008). Да се ​​организираме - как бактериалните клетки движат протеини и ДНК. Nat Rev Microbiol 6. с. 28-40. doi:10.1038/nrmicro1795. PMID 18059290.
9. Pogliano J. (»Бактериалният цитоскелет. Curr Opin Cell Biol 20. с. 19-27. doi: 10.1016 / j.ceb.2007.12.006. PMID 18243677.
10. Erickson HP, Anderson DE, Osawa M (2010). FtsZ в бактериалната цитокинеза: Цитоскелет и генератор на сила всичко в едно. Microbiol Mol Biol Rev 74. с. 504-28. doi: 10.1128/MMBR.00021-10. PMID 21119015.
11. Li Z, Trimble MJ, Brun YV, Jensen GJ (2007). Структурата на FtsZ филаменти in vivo предполага роля за генериране на сила в клетъчното делене. ЕМБО Дж 26. с. 4694-708. doi:10.1038/sj.emboj.7601895. PMID 17948052.

план:

Въведение

• 1 еукариотен цитоскелет
  • 1.1 актинови нишки (микрофиламенти)
  • 1.2 Междинни нишки
  • 1.3 Микротубули
• 2 Цитоскелет на прокариоти
  • 2.1 Бактериални хомолози на актин
    • 2.1.1 MreB и неговите хомолози
    • 2.1.2 ПарМ
    • 2.1.3 MamK
  • 2.2 Тубулинови хомолози
    • 2.2.1 FtsZ
    • 2.2.2 BtubA/B
  • 2.3 Кресцентин, хомолог на междинни филаментни протеини
  • 2.4 MinD и Para
Бележки

Въведение

еукариотен цитоскелет. Актиновите микрофиламенти са оцветени в червено, микротубулите в зелено, клетъчните ядра в синьо.

Цитоскелет- това е клетъчна рамка или скелет, разположен в цитоплазмата на жива клетка. Той присъства във всички клетки както на еукариотите, така и на прокариотите. Това е динамична, променяща се структура, чиито функции включват поддържане и адаптиране на формата на клетката към външни влияния, екзо- и ендоцитоза, осигуряване на движението на клетката като цяло, активен вътреклетъчен транспорт и клетъчно делене.

Кератинови междинни нишки в клетка.

Цитоскелетът е изграден от протеини. В цитоскелета се разграничават няколко основни системи, наречени според основните структурни елементи, видими при електронномикроскопски изследвания (микрофиламенти, междинни нишки, микротубули), или според основните протеини, които ги изграждат (актино-миозинова система, кератини, тубулин -динеинова система).

1. Еукариотен цитоскелет

Еукариотните клетки съдържат три вида така наречени филаменти. Това са надмолекулни, разширени структури, състоящи се от протеини от същия тип, подобни на полимери. Разликата се състои в това, че при полимерите връзката между мономерите е ковалентна, докато при нишките връзката на съставните единици се осигурява поради слабо нековалентно взаимодействие.

1.1. актинови нишки (микрофиламенти)

Около 7 nm в диаметър, микрофиламентите са две спирални вериги от актинови мономери. Те са концентрирани главно във външната мембрана на клетката, тъй като отговарят за формата на клетката и са в състояние да образуват издатини на клетъчната повърхност (псевдоподии и микровили). Те също така участват в междуклетъчното взаимодействие (образуването на адхезивни контакти), предаването на сигнали и заедно с миозина в мускулната контракция. С помощта на цитоплазмените миозини може да се извърши везикуларен транспорт по микрофиламенти.

1.2. Междинни нишки

Диаметърът на междинните нишки е от 8 до 11 нанометра. Те са съставени от различни видове субединици и са най-малко динамичната част от цитоскелета.

Диаграма, показваща цитоплазмата, заедно с нейните компоненти (или органели) в типична животинска клетка. Органели:
(1) Нуклеол
(2) Ядро
(3) рибозома (малки точки)
(4) Везикула
(5) груб ендоплазмен ретикулум (ER)
(6) Апарат на Голджи
(7) Цитоскелет
(8) Гладък ендоплазмен ретикулум
(9) Митохондрии
(10) Вакуола
(11) Цитоплазма
(12) Лизозома
(13) Центриол и центрозома

1.3. микротубули

Микротубулите са кухи цилиндри с диаметър около 25 nm, чиито стени са съставени от 13 протофиламента, всеки от които е линеен полимер на тубулин протеинов димер. Димерът се състои от две субединици - алфа и бета форми на тубулина. Микротубулите са изключително динамични структури, които консумират GTP по време на полимеризация. Те играят ключова роля във вътреклетъчния транспорт (служат като "релси", по които се движат молекулярните мотори - кинезин и динеин), формират основата на ундилиподиевата аксонема и делителното вретено по време на митоза и мейоза.

2. Цитоскелет на прокариотите

Дълго време се смяташе, че само еукариотите имат цитоскелет. Въпреки това, след доклада от 2001 г. на Jones et al. (PMID: 11290328), описващ ролята на бактериалните актинови хомолози в клетките Bacillus subtilis, започна период на активно изследване на елементите на бактериалния цитоскелет. Към днешна дата са открити бактериални хомолози и за трите вида елементи на еукариотния цитоскелет - тубулин, актин и междинни филаменти. Установено е също, че поне една група протеини на бактериален цитоскелет, MinD/ParA, няма еукариотни аналози.

2.1. Бактериални хомолози на актин

Най-изследваните актиноподобни компоненти на цитоскелета са MreB, ParM и MamK.

2.1.1. MreB и неговите хомолози

MreB протеините и неговите хомолози са подобни на актин компоненти на бактериалния цитоскелет, които играят важна роля в поддържането на клетъчната форма, хромозомната сегрегация и организацията на мембранните структури. Някои видове бактерии, като напр Ешерихия коли, имат само един MreB протеин, докато други могат да имат 2 или повече MreB-подобни протеини. Пример за последното е бактерията Bacillus subtilis, в които MreB протеини, Mbl ( Мповторно б-л ike) и MreBH ( MreB чомолог).

В геномите E. coliИ B. subtilisгенът, отговорен за синтеза на MreB, се намира в същия оперон като гените за MreC и MreD протеините. Мутациите, потискащи експресията на този оперон, водят до образуването на сферични клетки с намалена жизнеспособност.

Субединиците на протеина MreB образуват филаменти, които се увиват около пръчковидна бактериална клетка. Те са разположени на вътрешната повърхност на цитоплазмената мембрана. Филаментите, образувани от MreB, са динамични, постоянно претърпяват полимеризация и деполимеризация. Точно преди клетъчното делене, MreB се концентрира в областта, където ще се образува стеснението. Смята се, че функцията на MreB е също така да координира синтеза на муреин, полимер на клетъчната стена.

Гените, отговорни за синтеза на хомолози на MreB, са открити само в пръчковидни бактерии и не са открити в коки.

2.1.2. ParM

Протеинът ParM присъства в клетки, съдържащи плазмиди с ниско копие. Неговата функция е да разрежда плазмидите по полюсите на клетката. В същото време протеиновите субединици образуват нишки, които са удължени по главната ос на пръчковидната клетка.

Нишката в своята структура е двойна спирала. Растежът на филаменти, образувани от ParM, е възможен и в двата края, за разлика от актиновите нишки, които растат само на ± полюса.

2.1.3. МамК

MamK е протеин, подобен на актин Magnetospirillum magneticumотговорни за правилното позициониране на магнитозомите. Магнетозомите са инвагинации на цитоплазмената мембрана, заобикаляща железни частици. Нишката MamK действа като водач, по който магнитозомите са подредени една след друга. В отсъствието на MamK протеина, магнитозомите са произволно разпределени по клетъчната повърхност.

2.2. Тубулинови хомолози

Понастоящем са открити два тубулинови хомолози в прокариоти: FtsZ и BtubA/B. Подобно на еукариотния тубулин, тези протеини имат GTPase активност.

2.2.1. FtsZ

Протеинът FtsZ е изключително важен за деленето на бактериалните клетки; той се намира в почти всички еубактерии и археи. Също така, хомолози на този протеин са открити в еукариотни пластиди, което е още едно потвърждение за техния симбиотичен произход.

FtsZ образува така наречения Z-пръстен, който действа като скеле за допълнителни протеини на клетъчното делене. Заедно те съставляват структурата, отговорна за образуването на стеснението (септите).

2.2.2. BtubA/B

За разлика от широко разпространения FtsZ, тези протеини се срещат само в бактериите от рода Prosthecobacter. Те са по-близки до тубулина по своята структура, отколкото FtsZ.

2.3. Кресцентин, хомолог на междинни филаментни протеини

Протеинът е открит в клетките Caulobacter crescentus. Неговата функция е да дава на клетките C. crescentusвибрионни форми. При липса на експресия на клетъчния кресцентинов ген C. crescentusприемете формата на пръчка. Интересно е, че клетките на двойни мутанти, кресцентин - и MreB -, имат сферична форма.

2.4. MinD и ParA

Тези протеини нямат хомолози сред еукариотите.

MinD отговаря за позицията на мястото на делене в бактериите и пластидите. ParA участва в разделянето на ДНК на дъщерни клетки.

Бележки

1. Shih Y.-L., Rothfield L.Бактериалният цитоскелет. // Рецензии по микробиология и молекулярна биология. - 2006. - V. 70., No. 3-стр. 729-754. PMID: 16959967 - www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?cmd=Retrieve&db=pubmed&dopt=AbstractPlus&list_uids=16959967