Sekcija posvećena proučavanju ćelijskog skeleta - citoskeleta

mikrotubule

Parametri mikrotubula

Poluživot mikrotubula ~5 min, tokom prve polovine mitoze ~15s
Prečnik mikrotubula je 25 nm.

Formiranje mikrotubula

Strukturna jedinica mikrotubula je proteinski heterodimer tubulin, koji se sastoje od α- i β-podjedinica (53 i 55 kDa), ne dolaze odvojeno, slične ali ne i identične. Svaka od podjedinica ima nukleotidno vezujuće mjesto. α-tubulin vezuje GTP molekul, koji nije hidrolizovan, β-tubulin može da veže GDP ili GTP (slika 1). β-tubulin jednog heterodimera vezuje se za GTP i kombinuje se sa α-tubulinom drugog heterodimera, dok se GTP hidrolizira u GDP. α-tubulin je protein koji aktivira GTP i katalizuje GTP hidrolizu β-tubulina (slika 2). Tako heterodimeri formiraju linearne lance – protofilamente, 13 protofilamenata formiraju spiralni ciklični kompleks, takvi prstenovi se polimeriziraju u cijev (slika 3). Fosforilacija tubulina pojačava polimerizaciju.

Slika 1 Tubulin heterodimer. α-tubulin (sin.) sa GTP veznim mjestom (plavo). β-tubulin (zeleno) s GTP i GDP veznim mjestima (crveno)
Mikrotubule su dinamičke polarne str-ry. (+)-terminus je dinamički nestabilan (β-tubulin), a (-)-terminus je stabilizovan vezivanjem za organizacioni centar mikrotubula (vidi pregled Centrosoma).
Rezanje niti je pomicanje mikrotubula kao rezultat istovremenog rasta jednog kraja i disocijacije drugog kraja mikrotubula.
DNK tubulina u domeni koja se vezuje za nukleotide ima visoko konzerviranu GGGTG(T/S)G sekvencu.
Bakterijski protein FtsZ, homolog tubulina, komponenta je bakterijskog citoskeleta i polimerizira se u mikrotubule.

mikrotubule

Slika 2. Mikrotubule mogu formirati singlet, dublet i triplet.
Mikrotubul dubleta ili tripleta sastoji se od 13 protofilamenata.
Tubule B i C se sastoje od manjeg broja protofilamenata, obično 10.

Proteini koji se vezuju za mikrotubule.

Dvije vrste proteina su povezane s mikrotubulama: strukturni
proteini (MAP-microtubuls-associated proteins) i proteini translokatori.

Vezanje MAP-a regulirano je fosforilacijom, što rezultira
koje neki MAP-ovi odvajaju od mikrotubula.

+TIPS- proteini u interakciji sa (+)-krajom
mikrotubule, od kojih su mnogi motorni proteini,
drugi pružaju interakciju s mikrofilamentima u
ćelijski korteks vezivanjem mikrotubula za plazmu
membrana. Neki +TIPS regulišu dinamiku mikrotubula
i stabilnost (+)-kraja, na primjer, XMAP215
porodica proteina stabilizuje (+)-terminus sprečavajući degradaciju
i omogućava rast mikrotubula.

CLASP- proteini vezivanja
dimeri tubulina do (+)-kraja i inhibiraju katastrofe.
Oni su u interakciji s kinetohorom - kompleksom koji povezuje
(+)-kraj mikrotubula sa hromozomom.

Katastrofini - +TIP proteini koji se vezuju za (+) kraj mikrotubula
i obezbjeđivanje disocijacije tubulinskih dimera. Oni su sposobni
aktiviraju hidrolizu GTP ili promjenu konformacije protofilamenta
(MCAK- kinezin koji se nalazi u kinetohoru
i osigurava disocijaciju (+)-kraja tokom anafaze mitoze).

Stasmin- destabilizirajući protein
u ćelijama raka. Pričvršćuje se heterodimerom tubulina
ometaju njihovu polimerizaciju. Stasmini se inhibiraju fosforilacijom.

Katanin - odvaja mikrotubule i formira novu nestabilnu
(+)-kraj.

Neki MAP-ovi povezuju mikrotubule
međusobno, sa membranom ili međufilamentima.

MAP tipa I koji se nalazi u aksonima i dendritima nervnih ćelija
a neki drugi imaju višestruka ponavljanja KKEX-a (Lys-Lys-Glu-X)
koji vezuju (-)-nabijene dijelove tubulina.

MAP tipa II se takođe nalazi u aksonima i dendritima nerava
ćelije i neke druge. Imaju 3-4 ponavljanja od 18 ostataka
sekvenca koja vezuje tubulin.

Proteini u interakciji sa (+) krajem mikrotubula

APC, Kar9 ( sc)*

APC (adenomatozna polipoza coli) - supresor tumora,
što je osnova za regulaciju proteinskog kompleksa
fosforilacija b-katenina.

EB1, Bim1(sc) , Mal3(sp)

EB1 (end-binding protein 1) - protein u interakciji sa
APC.

nude(an)

Nud (nuklearna distribucija) - protein koji reguliše dineine.

Lis1/NUDF(an) Pac1(sc)

Lis (lissencephaly) - kršenje razvoja ljudskog mozga
(glatki mozak). Protein stupa u interakciju s dineinom radi regulacije
njegovu funkciju.

NUDE(an) R011(Neurospora
crassa) /Ndl1(sc) ; Nde1, Ndel1
(sisari).

Ovi proteini stupaju u interakciju sa Lis1 i deneinima i obezbeđuju
njihovo funkcionisanje.

Kar3(sc)

Kar3 je kinezin koji ima C-terminalni motorni domen i pripada
porodici Kinesin-14.

Kip2(sc), Tea2
(Sp), KipA(An)

Gljivične kinezine koji pripadaju porodici Kinesin-7 uključujući
CENP-E - centromerni protein sisara, Kip2, Tea2 i
KipA

Klp10A(Dm), Klp59C, MCAK

Članovi porodice Kinesin-13. Klp10A - pretpostavljeni homolog
Kif2A sisari. Klp59C (Dm) - pretpostavljeni homolog
MCAK sisari. KLP10A i drugi članovi Kin I
podfamilije kinezina u interakciji sa neograničenim
(-)-kraj mikrotubula fisijskog vretena tokom mitoze.
Oni obezbjeđuju disocijaciju dimera tubulinskih polova
ćelije, doprinoseći tedmilling(pokret
mikrotubula do polova i skraćivanje mikrotubula tokom
anafaza mitoze).

Dynactin

Proteinski kompleks uključujući p150 zalijepljeni protein. Dinaktin se vezuje
dinein i reguliše njegova svojstva, a također pričvršćuje vezikule
do dyneina. p150glued je NUDMA homolog. nidulans.

CLIP-170, Bik1 (sc), Savjet
(Sp)

CLIP-170 obezbeđuje stabilizaciju i rast mikrotubula,
a također reguliše lokalizaciju dineina.

CLIP-170 - omogućava sletanje kompleksa dinein-dinaktin,
uključeni u transport vezikula, na kraju mikrotubula.
LIP-170 se nalazi u citoplazmi u neaktivnoj konformaciji
u kojoj je vezan N-terminus koji se vezuje za mikrotubule
sa C-terminusom istog molekula. Prilikom vezivanja N-kraja za tubulin
ili (+)-kraj mikrotubula, C-terminus se oslobađa i vezuje
sa kompleksom dinein-dinaktin preko p150Ljepljene molekule, mikrotubule
stabilizuje. Dinenin-dinaktin se oslobađa i počinje
kretanje duž mikrotubula (slika 3)

Neki toksini i lijekovi, od kojih neki ometaju mitozu, ometaju polimerizaciju i depolimerizaciju tubulina:
Taxol je lijek protiv raka koji stabilizira mikrotubule.
kolhicin veže tubulin, blokirajući polimerizaciju. Mikrotubule depolimeriziraju pri visokim koncentracijama kolhicina.
vinblastin - pojačava depolimerizaciju formiranjem parakristala vinblastin-tubulina.
nokodazol - obezbeđuje depolimerizaciju mikrotubula.
Povezanost je potisnuta vinblastinom, vinkristinom, kolhicinom, a pojačana je taksolom.
Gama-soma je centar koji organizira mikrotubule na vanjskoj površini jezgra.

Mikrofilamenti

Monomer G-aktin (globularni aktin) - asimetričan
(42kDa) se sastoji od dva domena, kao jonski
prisiljava agregate u smotani polimer F-aktin (fibrilarni
aktin).

G-aktin ima vezna mjesta za dvovalentne katione
i nukleotidi u fiziološkim uslovima zauzetim Mg 2+
i ATP.

Polimerizacija G-aktina u F-aktin

F-aktin ima polaritet (+) i (-).
razna svojstva.

Molekul G-aktina nosi čvrsto vezan ATP, koji, kada
prelazak na F-aktin polako hidrolizira u ADP - eksponati
svojstva ATPaze Polimerizacija je praćena hidrolizom
ATP, što nije potrebno jer polimerizacija se odvija u prisustvu
analozi ATP-a koji se ne mogu hidrolizirati

Polimerizacija se sastoji od nekoliko procesa: nukleacija,
izduženje, disocijacija,
fragmentacija, pristajanje.
Ovi procesi se odvijaju istovremeno.

Nukleacija– veza tri G-aktina –
iniciranje polimerizacije.

Izduženje- produženje aktinskog lanca
vezivanje G-aktina za (+)-terminus F-aktina.

Disocijacija- skraćivanje lanca. Depolimerizacija
aktin ima istu brzinu na oba kraja

Fragmentacija- kao rezultat termičkog kretanja
F-aktin se može fragmentirati.

Docking- mogu se povezati odvojeni fragmenti
jedno s drugim od kraja do kraja.

Pri koncentraciji G>F - polimerizacija se odvija istovremeno
(+) i (-) kraj.

Ako je G (-)-kraj - treadmilling– kretanje F-aktina
zbog istovremenog proširenja (+)-kraja i disocijacije
(-)-kraj. Na G ~ F - dolazi do dinamičke ravnoteže
polimerizacija (+) i depolimerizacija (–) kraja po cijeni
energija ATP G-aktin se vezuje za ATP i polimerizira hidrolizuje
ATP na kritičnim krajevima G-aktina (+), kraj se produžava,
i (-) - skraćeno

aktinski mikrofilamenti

F-aktin - fibrilar, dužina zavoja heliksa 37
nm, d=6-8nm.

Proteini koji vežu aktin

Više od 50 proteina u citoplazmi vezuje se za aktin
razne funkcije: regulacija volumena bazena G-aktina (profilin),
utiču na brzinu polimerizacije (villine), stabilizuju
krajeve niti (fragin, a-aktinin), zašijte filamente s
druge ili sa drugim komponentama (vilin, α-aktin, spektrin,
MARCKS, fimbrin), uništavaju dvostruku spiralu F-aktina (gelsolin).
Aktivnost ovih proteina je regulisana Ca 2+ i protein kinazama.

Postoji pet mjesta djelovanja za proteine: sa monomerom
aktin, sa (+)-krajom (pernatim), sa (-)-krajem (šiljastim),
sa bočnom površinom. Proteini koji vežu aktin mogu biti
osjetljivi ili neosjetljivi na Ca 2+

1. Proteini koji se vezuju za aktin monomer - inhibiraju nukleaciju
(profilin, fragmentin - osetljiv na Ca 2+).
Profilin sa monomerom je u stanju da izgradi F-aktin, dok fragmentin
ne, blokira i nukleaciju i elongaciju. Nije osjetljivo
na Ca 2+ DNazu I i protein koji vezuje vitamine
D - funkcija izvan ćelije.

2. Zatvaranje (+)-kraj se može blokirati zatvaranjem
proteini - blokiraju izduživanje i spajanje, doprinose
nukleacija - pojava skraćenih filamenata (gelsolin,
villin, fragmin)

3. (-)-kraj - inicijacija nukleacije, supresija pristajanja
i izduženje - povećanje broja i smanjenje dužine fragmenata.
Akumentin u makrofagima, brevin - uzročnici proteina surutke
brzo smanjenje viskoznosti rastvora F-aktina. Oba proteina jesu
osetljiv na Ca 2+

4. Ne-povezano - bočno vezivanje se može stabilizovati
i destabilizuju F-aktin tropomiozin (nezavisan od Ca)
stabilizira, severin, vilin (zavisno od Ca) - vezuje
sa F-aktinom iseći.

5. F-aktin umrežavanje sa formiranjem gela. Takve
proteini izazivaju nukleaciju. Takvi proteini su dimerni ili imaju
dva aktin-vezujuća domena. trombocitni α-aktin,
vilin, fimbrin, aktinogelin iz makrofaga (Ca-nezavisni).

zatvaranje proteina- zatvorite krajeve aktina
filamenti, sprečavaju polimerizaciju-depolimerizaciju,
pospješuju pričvršćivanje filamenta na membranu.

faloidin- otrov blijede žabokrečine, veže
sa (-) krajem i inhibira depolarizaciju.

citohalazin– zakačen je toksin plijesni
prema (+) kraju, blokirajući polimerizaciju.

capping-fragmenting proteini- fragment
F-aktin koji uzrokuje prijelaz gela u sol (aktiviran gelsolin 90kD
Ca2+ 10-6M razbija F-aktin i vezuje se za njegove krajeve).

Proteini koji vezuju F-aktin

Strukture formirane od aktina

Ćelijski korteks- mreža aktinskih filamenata
ispod plazma membrane.

Phyllopodium

Stres fibrile - formiraju se kada ćelija ima
sposobnost pričvršćivanja na podlogu

Intermedijarni filamenti

MEĐUNARODNI FILAMENTI
proteini između ćelijskih filamenata broj M, kD tip
kiseli keratinski epit >15 40-57 I
osnovni keratinski epit >15 53-67 II
desmin miš 1 53 III
kiseli fibrilarni protein glija, astrociti 1 50
vimentin mesenkh, vratni epit 1 57
periferni nervni 1 57
neurofilamentni proteini: aksoni i dendriti IV
NF-L 1 62
NF-M 1 102
NF-H 1 110
internexin CNS 1 66
nestin epit nervno tkivo 1 240
lamin A jezgra svih ćelija 1 70 V
Lamin B 1 67
lamin C 1 67
septamerni monomer? paralelni dimer? antiparalelni tetramer? protofilament? protofibril?PF
srednji filamenti
d=10nm, (citokeratini, desmin, vimentin, kiseli fibrilarni gliaprotein (GFAP), neurofilament) se sastoje od baznog štapića str-ry - supernamotane spirale, takvi se dimeri povezuju antiparalelno, formirajući tetramer, agregacija tetramera "head to head" " daje sliku protofilamenta, 8 protofilamenata. srednja vlakna | polimerizacija dovodi do slike. stabilne nepolarne polimerne molekule

IF-povezani proteini
protein M, kD lokalizacija
BPAG1 230 hemidesmosoma
plakoglobin 3 dezmozoma
desmoplacin I 250 desm
desmoplakin II 215 desm
plektin 300 cortec. zona
ankyrin 140 cortec. zona
filaggrin 30 cytosol
B-lamin receptor 58 jezgro
Mutantnim miševima nedostaje vimentin, dok miševi žive sasvim normalno.
U biljnim ćelijama citoskelet je predstavljen mikrotubulama i mikrofilamentima, nema međufilamenata, ali ima lamina.

Cilia

Trepavica - izraslina citoplazme h=300nm, prekrivena pm
aksonema – d=200nm, 9 dubleta mikrotubula, 100, 2 centralne mikrotubule, A-mikrotubul – 13 podjedinica, B-mikrotubul – 11 podjedinica,
bazalno tijelo - uronjeno u citoplazmu d = 200 nm, 9 tripleta mikrotubula, ima ručke, rukav i žbice u proksimalnom dijelu.
Brzina kretanja ćelije zbog cilija može doseći ~5 mm/s. Broj cilija u ćeliji dušnika je ~300, u ćeliji trepavica ~14 hiljada.
kinetocilij - sposoban za kretanje (epitel, sperma), primarne cilije - ne kreću se.

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije

eukariotski citoskelet. Aktinski mikrofilamenti su obojeni u crveno, mikrotubule u zeleno, jezgra ćelija u plavo.

Citoskelet- ovo je ćelijski okvir ili skelet koji se nalazi u citoplazmi žive ćelije. Prisutan je u svim eukariotskim stanicama, a homolozi svih proteina citoskeleta eukariota pronađeni su u prokariotskim stanicama. Citoskelet je dinamična struktura koja se mijenja, čija je funkcija održavanje i prilagođavanje oblika stanice vanjskim utjecajima, egzo- i endocitozi, osiguravanje kretanja stanice u cjelini, aktivni unutarćelijski transport i dioba stanice.

Keratinski intermedijarni filamenti u ćeliji.

Citoskelet je formiran od proteina, postoji nekoliko glavnih sistema, imenovanih ili prema glavnim strukturnim elementima vidljivim u elektronskim mikroskopskim studijama (mikrofilamenti, intermedijarni filamenti, mikrotubuli), ili prema glavnim proteinima koji čine njihov sastav (aktin-miozin sistem, keratini, tubulin - dinein sistem).

eukariotski citoskelet

aktinski filamenti (mikrofilamenti)

Oko 7 nm u prečniku, mikrofilamenti su dva spiralna lanca aktinskih monomera. Uglavnom su koncentrisani na vanjskoj membrani ćelije, jer su odgovorni za oblik ćelije i mogu formirati izbočine na površini ćelije (pseudopodije i mikrovili). Oni su također uključeni u međućelijsku interakciju (formiranje adhezivnih kontakata), prijenos signala i, zajedno s miozinom, u kontrakciju mišića. Uz pomoć citoplazmatskih miozina, vezikularni transport se može provesti duž mikrofilamenata.

Intermedijarni filamenti

Citoskelet prokariota

Dugo se smatralo da samo eukarioti imaju citoskelet. Međutim, od rada iz 2001. Jonesa et al. (PMID 11290328) koji opisuje ulogu homologa bakterijskog aktina u stanicama Bacillus subtilis, započeo je period aktivnog proučavanja elemenata bakterijskog citoskeleta. Do danas su pronađeni bakterijski homolozi sva tri tipa eukariotskih citoskeletnih elemenata - tubulina, aktina i intermedijarnih filamenata. Također je otkriveno da barem jedna grupa proteina bakterijskog citoskeleta, MinD/ParA, nema eukariotske analoge.

Bakterijski homolozi aktina

Najviše proučavane komponente citoskeleta nalik aktinu su MreB, ParM i MamK.

MreB i njegovi homolozi

MreB proteini i njegovi homolozi su komponente bakterijskog citoskeleta slične aktinu, koje igraju važnu ulogu u održavanju oblika ćelije, segregaciji hromozoma i organizaciji membranskih struktura. Neke vrste bakterija, kao npr Escherichia coli, imaju samo jedan MreB protein, dok drugi mogu imati 2 ili više MreB proteina. Primjer potonjeg je bakterija Bacillus subtilis, u kojem MreB proteini, Mbl ( M re B-l ike) i MreBH ( MreB h omolog).

U genomima E. coli I B. subtilis gen odgovoran za sintezu MreB nalazi se u istom operonu kao i geni za MreC i MreD proteine. Mutacije koje potiskuju ekspresiju ovog operona dovode do formiranja sferičnih ćelija sa smanjenom vitalnošću.

Podjedinice MreB proteina formiraju filamente koji se omotavaju oko bakterijske ćelije u obliku štapa. Nalaze se na unutrašnjoj površini citoplazmatske membrane. Filamenti koje formira MreB su dinamični, stalno prolaze kroz polimerizaciju i depolimerizaciju. Neposredno prije diobe ćelije, MreB je koncentrisan u regiji gdje će se formirati suženje. Vjeruje se da je funkcija MreB-a također da koordinira sintezu mureina, polimera ćelijskog zida.

Geni odgovorni za sintezu MreB homologa pronađeni su samo u bakterijama u obliku štapa i nisu pronađeni u kokama.

ParM

Protein ParM prisutan je u ćelijama koje sadrže plazmide sa niskim brojem kopija. Njegova funkcija je da razrijedi plazmide duž polova ćelije. U isto vrijeme, proteinske podjedinice formiraju filamente koji su izduženi duž glavne ose ćelije u obliku štapa.

Filament u svojoj strukturi je dvostruka spirala. Rast filamenata koje formira ParM moguć je na oba kraja, za razliku od aktinskih filamenata koji rastu samo na ± polu.

MamK

MamK je protein sličan aktinu Magnetospirillum magneticum odgovoran za pravilno pozicioniranje magnetosoma. Magnetozomi su invaginacije citoplazmatske membrane koja okružuje čestice željeza. MamK filament djeluje kao vodič duž kojeg su magnetosomi raspoređeni jedan za drugim. U odsustvu MamK proteina, magnetosomi su nasumično raspoređeni po površini ćelije.

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije

Citoskelet- ovo je ćelijski okvir ili skelet koji se nalazi u citoplazmi žive ćelije. Prisutan je u svim eukariotskim stanicama, a homolozi svih proteina citoskeleta eukariota pronađeni su u prokariotskim stanicama. Citoskelet je dinamična struktura koja se mijenja, čija je funkcija održavanje i prilagođavanje oblika stanice vanjskim utjecajima, egzo- i endocitozi, osiguravanje kretanja stanice u cjelini, aktivni unutarćelijski transport i dioba stanice. Citoskelet je formiran od proteina, postoji nekoliko glavnih sistema, imenovanih ili prema glavnim strukturnim elementima vidljivim u elektronskim mikroskopskim studijama (mikrofilamenti, intermedijarni filamenti, mikrotubuli), ili prema glavnim proteinima koji čine njihov sastav (aktin-miozin sistem, keratini, tubulin - dinein sistem).

eukariotski citoskelet

aktinski filamenti (mikrofilamenti)

Oko 7 nm u prečniku, mikrofilamenti su dva spiralna lanca aktinskih monomera. Uglavnom su koncentrisani na vanjskoj membrani ćelije, jer su odgovorni za oblik ćelije i mogu formirati izbočine na površini ćelije (pseudopodije i mikrovili). Oni su također uključeni u međućelijsku interakciju (formiranje adhezivnih kontakata), prijenos signala i, zajedno s miozinom, u kontrakciju mišića. Uz pomoć citoplazmatskih miozina, vezikularni transport se može provesti duž mikrofilamenata.

Intermedijarni filamenti

mikrotubule

Citoskelet prokariota

Dugo se smatralo da samo eukarioti imaju citoskelet. Međutim, od rada iz 2001. Jonesa et al. (), koji opisuje ulogu homologa bakterijskog aktina u stanicama Bacillus subtilis, započeo je period aktivnog proučavanja elemenata bakterijskog citoskeleta. Do danas su pronađeni bakterijski homolozi sva tri tipa eukariotskih citoskeletnih elemenata - tubulina, aktina i intermedijarnih filamenata. Također je otkriveno da barem jedna grupa proteina bakterijskog citoskeleta, MinD/ParA, nema eukariotske analoge.

Bakterijski homolozi aktina

Najviše proučavane komponente citoskeleta nalik aktinu su MreB, ParM i MamK.

MreB i njegovi homolozi

MreB proteini i njegovi homolozi su komponente bakterijskog citoskeleta slične aktinu, koje igraju važnu ulogu u održavanju oblika ćelije, segregaciji hromozoma i organizaciji membranskih struktura. Neke vrste bakterija, kao npr Escherichia coli, imaju samo jedan MreB protein, dok drugi mogu imati 2 ili više MreB proteina. Primjer potonjeg je bakterija Bacillus subtilis, u kojem MreB proteini, Mbl ( M re B-l ike) i MreBH ( MreB h omolog).

U genomima E. coli I B. subtilis gen odgovoran za sintezu MreB nalazi se u istom operonu kao i geni za MreC i MreD proteine. Mutacije koje potiskuju ekspresiju ovog operona dovode do formiranja sferičnih ćelija sa smanjenom vitalnošću.

Podjedinice MreB proteina formiraju filamente koji se omotavaju oko bakterijske ćelije u obliku štapa. Nalaze se na unutrašnjoj površini citoplazmatske membrane. Filamenti koje formira MreB su dinamični, stalno prolaze kroz polimerizaciju i depolimerizaciju. Neposredno prije diobe ćelije, MreB je koncentrisan u regiji gdje će se formirati suženje. Vjeruje se da je funkcija MreB-a također da koordinira sintezu mureina, polimera ćelijskog zida.

Geni odgovorni za sintezu MreB homologa pronađeni su samo u bakterijama u obliku štapa i nisu pronađeni u kokama.

ParM

Protein ParM prisutan je u ćelijama koje sadrže plazmide sa niskim brojem kopija. Njegova funkcija je da razrijedi plazmide duž polova ćelije. U isto vrijeme, proteinske podjedinice formiraju filamente koji su izduženi duž glavne ose ćelije u obliku štapa.

Filament u svojoj strukturi je dvostruka spirala. Rast filamenata koje formira ParM moguć je na oba kraja, za razliku od aktinskih filamenata koji rastu samo na ± polu.

MamK

MamK je protein sličan aktinu Magnetospirillum magneticum odgovoran za pravilno pozicioniranje magnetosoma. Magnetozomi su invaginacije citoplazmatske membrane koja okružuje čestice željeza. MamK filament djeluje kao vodič duž kojeg su magnetosomi raspoređeni jedan za drugim. U odsustvu MamK proteina, magnetosomi su nasumično raspoređeni po površini ćelije.

Homolozi tubulina

Trenutno su u prokariota pronađena dva homologa tubulina: FtsZ i BtubA/B. Poput eukariotskog tubulina, ovi proteini imaju aktivnost GTPaze.

FtsZ

Protein FtsZ je izuzetno važan za diobu bakterijskih stanica; nalazi se u gotovo svim eubakterijama i arhejama. Takođe, homolozi ovog proteina pronađeni su u eukariotskim plastidima, što je još jedna potvrda njihovog simbiotskog porekla.

FtsZ formira takozvani Z-prsten, koji djeluje kao skela za dodatne proteine ​​diobe stanica. Zajedno čine strukturu odgovornu za formiranje konstrikcije (septa).

BtubA/B

Za razliku od široko rasprostranjenog FtsZ, ovi proteini se nalaze samo u bakterijama iz roda Prosthecobacter. Oni su po svojoj strukturi bliži tubulinu nego FtsZ.

Crescentin, homolog proteina srednjeg filamenta

Protein je pronađen u ćelijama Caulobacter crescentus. Njegova funkcija je da daje ćelije C. crescentus vibrio forme. U odsustvu ekspresije ćelijskog gena za krescentin C. crescentus imaju oblik štapa. Zanimljivo je da ćelije dvostrukih mutanata, crescentin − i MreB − , imaju sferni oblik.

MinD i ParA

Ovi proteini nemaju homologe među eukariotima.

MinD je odgovoran za položaj mjesta podjele kod bakterija i plastida. ParA je uključen u podelu DNK na ćelije kćeri.

vidi takođe

Napišite recenziju na članak "Citoskelet"

Bilješke

Izvod koji karakteriše citoskelet

Salon Ane Pavlovne počeo se postepeno puniti. Stiglo je najviše plemstvo Sankt Peterburga, ljudi najheterogenije po godinama i karakteru, ali isti u društvu u kojem su svi živjeli; stigla je kći kneza Vasilija, lepa Jelena, koja je pozvala svog oca da pođe s njim na gozbu poslanika. Bila je u cifari i balskoj haljini. Poznata i kao la femme la plus seduisante de Petersbourg [najšarmantnija žena u Sankt Peterburgu], mlada, mala princeza Bolkonskaja, koja se udala prošle zime i sada nije izašla u veliki svijet zbog trudnoće, već je otišla male večeri, takođe stizao. Princ Hipolit, sin kneza Vasilija, stigao je sa Mortemarom, koga je predstavio; Došli su i opat Morio i mnogi drugi.
- Još ga nisi video? ili: - ne znaš ma tante [sa mojom tetkom]? - rekla je Ana Pavlovna gostujućim gostima i vrlo ozbiljno ih povela do male starice sa visokim naklonom, koja je isplivala iz druge sobe, čim su gosti počeli da pristižu, pozvala ih je po imenu, polako skrenuvši pogled sa gost kod ma tante [tetke], a zatim otišao.
Svi gosti su obavili ceremoniju pozdrava nikome nepoznate, nezanimljive i nepotrebne tetke. Ana Pavlovna je sa tužnim, svečanim saučešćem pratila njihove pozdrave, prećutno ih odobravajući. Ma tante je svima u istim izrazima govorio o svom zdravlju, o njenom zdravlju i o zdravlju Njenog Veličanstva, koje je danas, hvala Bogu, bilo bolje. Svi oni koji su prilazili, ne žureći iz pristojnosti, sa osećajem olakšanja od izvršene teške dužnosti, odmicali su se od starice, da ne bi čitavo veče išli k njoj.
Mlada princeza Bolkonskaja stigla je sa poslom u izvezenoj zlatnoj somotskoj torbi. Njeni lijepi, sa malo pocrnjelim brkovima, gornja usna je bila kratka u zubima, ali se sve ljepše otvarala i ponekad još ljepše rastezala i padala na donju. Kao što to uvek biva kod prilično atraktivnih žena, njene kratke usne i poluotvorena usta činili su se njenom posebnošću, zapravo lepotom. Svima je bilo zabavno gledati ovu zgodnu buduću majku, punu zdravlja i živahnosti, koja je tako lako podnosila svoju situaciju. Starcima i dosadnim, mrkim mladim ljudima koji su je gledali činilo se da i sami postaju slični njoj nakon što su neko vrijeme bili i razgovarali s njom. Onaj ko je razgovarao s njom i u svakoj riječi vidio njen blistav osmeh i blistave bele zube, koji su se stalno nazirali, smatrao je da je danas posebno ljubazan. I to su svi mislili.
Mala princeza je, gegajući se, malim brzim koracima obilazila sto sa radnom torbom na ruci i veselo ispravljajući haljinu sela na sofu, kraj srebrnog samovara, kao da je sve što je radila deo de plaisir [zabava ] za nju i za sve one oko nje.
- J "ai apporte mon ouvrage [uhvatila sam posao]", rekla je, otvarajući svoju torbicu i obraćajući se svima zajedno.
"Vidi, Annette, ne me jouez pas un mauvais tour", okrenula se prema domaćici. - Vous m "avez ecrit, que c" etait une toute petite soiree; voyez, comme je suis attifee. [Nemoj se šaliti sa mnom; pisali ste mi da ste imali jako malo veče. Vidite kako sam loše obučen.]
I raširila je ruke da joj pokaže, u čipki, elegantnu sivu haljinu, opasanu širokom trakom malo ispod grudi.
- Soyez tranquille, Lise, vous serez toujours la plus jolie [Smiri se, bićeš najbolji], - odgovorila je Ana Pavlovna.
- Vous savez, mon mari m "abandonne", nastavila je u istom tonu, misleći na generala, "il va se faire tuer. Dites moi, pourquoi cette vilaine guerre, [Znate, moj muž me napušta. Idem u Njegova smrt. Reci, čemu ovaj gadni rat,] - reče ona knezu Vasiliju i, ne čekajući odgovor, obrati se kćeri kneza Vasilija, prelepoj Jeleni.
- Quelle delicieuse personne, que cette petite princesse! [Kakva je šarmantna osoba ova mala princeza!] - tiho reče princ Vasilij Ani Pavlovnoj.
Ubrzo nakon male princeze, ušao je masivan, stasiti mladić podšišane glave, naočala, laganih pantalona po tadašnjoj modi, sa visokim volanom i u smeđem fraku. Ovaj debeli mladić bio je vanbračni sin slavnog Katarininog plemića, grofa Bezuhoja, koji je sada umirao u Moskvi. On još nigdje nije služio, tek je stigao iz inostranstva, gdje je odrastao, i prvi put je bio u društvu. Ana Pavlovna ga je pozdravila naklonom, koji je pripadao ljudima najniže hijerarhije u njenom salonu. Ali, uprkos ovom inferiornom pozdravu, pri pogledu na Pjera koji je ušao, Ana Pavlovna je ispoljila strepnju i strah, sličan onom koji se ispoljava pri pogledu na nešto suviše ogromno i neobično za jedno mesto. Iako je, zaista, Pjer bio nešto veći od ostalih muškaraca u prostoriji, ali taj strah se mogao odnositi samo na onaj inteligentan i istovremeno plah, pažljiv i prirodan pogled koji ga je razlikovao od svih u ovoj dnevnoj sobi.

- ovo je sistem filamentoznih struktura, što je najvažnije, to su poređani polimeri proteina iste klase, koja je prisutna u ćelijama bakterija i arheja. Svi proučavani (od 2006.) proteini bakterijskog citoskeleta sposobni su da se samoorganiziraju u dugačke filamente. in vitro.

Citoskelet prokariota je prvi put otkriven ranih 1990-ih kada je otkriveno da gotovo sve bakterije i većina arheja sadrže protein FtsZ, koji je homolog tubulina i može se polimerizirati u filamente koji formiraju prsten (Z-prsten) tokom diobe stanica. Kasnije su otkriveni i prokariotski homolozi aktina. Ova otkrića su promijenila ideju da je odsustvo citoskeleta najvažniji razlog za manju veličinu i jednostavniju organizaciju prokariota u odnosu na eukariote. S druge strane, sada se pretpostavlja da je relativna jednostavnost bakterija i arheja povezana s prisustvom motornih proteina (barem do sada nisu otkriveni), koji „šetaju“ duž filamenata citoskeleta i obezbjeđuju transport za različite strukture, kao i za lokomociju cijele ćelije.

Prisutnost homologa aktina i tubulina u prokariotima sugerira da su ove dvije klase proteina koji se vezuju za nukleotide koji mogu formirati filamente pasjeg psa, nastale u procesu evolucije dosta davno, čak i prije pojave eukariota. Međutim, nuklearni i nenuklearni organizmi ih različito koriste, na primjer, homolog tubulina FtsZ je uključen u bakterijsku citokinezu, dok aktinski filamenti obavljaju ovu funkciju kod eukariota, naprotiv, homolozi aktina su uključeni u razliku između molekula DNK tokom diobe u bakterije i mikrotubule kod eukariota s tubulinom koji formira vreteno diobe. Takođe, kod prokariota je pronađena najmanje jedna klasa proteina, koji se mogu smatrati homolozima proteina intermedijarnih filamenata i jedne klase proteina citoskeleta - ATPase tipa Walker A (WACA - MinD i PraA) koji nemaju korespondencije kod eukariota.

homolozi aktina

2001. Jones Jones) i spivrobintniki su otkrili da je bakterija Bacillus subtilis prisutni su homologni proteini aktina, koji formiraju duge spiralne strukture. Ovo otkriće potaknulo je intenzivan razvoj istraživanja u području citoskeleta prokariota, kao rezultat toga, otkriveni su mnogi drugi homolozi aktina. Sve ove proteine ​​karakteriše prisustvo domena aktin ATPaze. Većina njih, poput aktina kod eukariota, dio je citoskeleta, ali neki imaju i druge funkcije, kao što je FtsA uključen u diobu stanica, DnaK chaperon i heksokinaza. Homolozi bakterijskog aktina imaju sličnu prostornu strukturu, ali se uglavnom dosta jako razlikuju u sekvenci aminokiselina (5-10% identiteta). Takođe, ovi proteini imaju odlične karakteristike dinamike polimerizacije i svojstva filamenata koje formiraju. Očigledno, za razliku od eukariota, koji koriste isti aktin za različite potrebe stanica, bakterije imaju mnogo varijanti takvih proteina, od kojih je svaka specijalizirana za obavljanje posebne funkcije.

MreB i njegovi homolozi

mreb (engleski) M ti obuzdaš klaster B) i njegovi homolozi - proteini su uobičajeni među bakterijama koje imaju štapićasti ili spiralni oblik, a nema ih u kokama. Neke bakterije, na primjer Escherichia coli I Caulobacter crescentus, koji sadrže samo MreB protein gen, dok drugi, posebno bacillus subtilis, pored njega, geni njegovih homologa Mbl (eng. M re B — like) i MreBH MreB h omolog). Ovi proteini obezbeđuju održavanje štapićastog oblika ćelije, njenog polariteta, kao i razlike u kopijama bakterijske DNK tokom deobe.

Struktura i dinamika MreB filamenata i njegovih homologa

in vivo MreB protein i njegovi homolozi formiraju dugačke spiralne filamente smještene duž bakterijske ćelije, mogu se kombinirati u jake i prilično fleksibilne snopove. Takvi filamenti su dinamičke strukture, njihov poluživot obično ne prelazi nekoliko minuta. Osim toga, kod nekih vrsta, posebno C. crescentus I Rhodobacter sphaeroides MreB filamenti menjaju svoju lokaciju tokom ćelijskog ciklusa: tokom deobe koncentrišu se u centralnom delu ćelije i formiraju prsten. Međutim, pošto mreB delecijski mutanti ne gube svoju sposobnost da se podvrgnu citokinezi, čini se da MreB protein nije neophodan za ovaj proces.

Kao što je pokazano u eksperimentima na bakterijskim proteinima Thermotoga maritima MreB monomerne jedinice su sposobne za samoorganizaciju in vitro u duge linearne filamente, koji se sastoje od dva paralelno raspoređena protofilamenta. Dakle, prema strukturi MreB filamenata, razlikuju se po F-aktinu, formiranom od dva lanca spiralno uvijena jedan oko drugog. Polimerizacija MreB-a zahtijeva prisustvo ATP-a u mediju, ali jednako dobro se odvija i u prisustvu GTP-a (za razliku od aktina koji polimerizira samo u prisustvu ATP-a). To je zbog činjenice da su nove podjedinice uključene u polimer samo u obliku povezanom s nukleotid trifosfatom; kasnije dolazi do hidrolize vezanog ATP ili GTP u ADP odnosno GDP.

Funkcije MreB-a i njegovih homologa

Jedna od glavnih funkcija MreB filamenata i homolognih proteina je održavanje štapićastog ili spiralnog oblika bakterijske ćelije. Mutacije koje narušavaju ekspresiju ovih proteina rezultiraju izraženom promjenom oblika bakterija (u pravilu se pretvaraju u zaobljene stanice, odnosno u slučaju Mbl u ćelije nepravilnog oblika). Međutim, MreB filamenti NE služe direktno kao skele za oblik ćelije, zauzvrat, raspoređeni u spiralu duž nje, oni su mesta za vezivanje enzima koji sintetišu peptidoglikan ćelijskog zida. Tako reguliraju prirodu taloženja novih elemenata na ljusci bakterija, što je zapravo odlučujući faktor u održavanju konstantnog oblika. Slično, mikrotubule biljne ćelije utiču na njen oblik usmeravajući inkluzije molekula celuloze u ćelijski zid. U mnogim bakterijama (uključujući E.coli I B.subtilis) gen mreB je dio operona, koji također uključuje gene mreC I mreD. Ovaj operon je uključen u veliki skup gena potrebnih za biosintezu peptidoglikana. Gene proizvodi mreC I mreD su proteini unutrašnje membrane gram-negativnih bakterija, oni su u interakciji sa MreB proteinom i učestvuju u organizaciji njegovog kompleksa sa enzimima uključenim u biosintezu mureina, kao što je murein transpeptidaza PBP2. Ovaj kompleks također uključuje transmembranske proteine ​​RodZ i RodA.

MreB filamenti su također uključeni u određivanje određenih aspekata ćelijskog polariteta, posebno koncentracije na jednom ili oba pola određenih proteina, kao što su oni odgovorni za hemotaksiju, pokretljivost, sekreciju i virulenciju.

Druga funkcija MreB-a i njegovih homologa je učešće u razlici između kopija bakterijskog hromozoma tokom diobe. Među mutantima kod kojih ovog proteina nema, pronađene su ćelije sa nekoliko nukleoida u citoplazmi, kao i ćelije koje nisu imale hromozome. Mjesto vezivanja MreB proteina za bakterijsku DNK je oriC tačka; vezivanje se dešava direktno ili uz učešće drugih proteina. Kada su podijeljeni, filamenti citoskeleta pružaju razlike u oriC tačkama dvije DNK kopije na suprotnim krajevima ćelije; mehanizam ovog procesa još nije razjašnjen (2006). Također nije poznato kako dolazi do segregacije hromozoma kod kokija kojima nedostaje gen mreB i njegovi homolozi.

Odvajanje proteina plazmida ParM

Mnogi bakterijski plazmidi sa niskim brojem kopija (~ 1-5 kopija) imaju posebne sisteme koji osiguravaju njihove razlike nakon replikacije. Ovi mehanizmi su neophodni da bi svaka od ćelija kćeri primila barem jedan molekul plazmidne DNK nakon diobe. Postoje tri tipa sistema koji obezbeđuju razlike u plazmidima sa malo kopije, od kojih svaki koristi različite motorne proteine ​​(tip I - Walker A-tip ATPaze ili ParA slični proteini, tip II - homolozi tubulina ili proteini u obliku TubZ, tip III - homolozi aktina ili proteini u obliku ParM). Protein ParM (od engleskog. Par motor za pozicioniranje) je prvi put otkriven u proučavanju plazmida R1 E.coli. Ovaj sistem segregacije plazmidne DNK sada je bolje shvaćen. Sličan sistem je pronađen u drugim plazmidima, posebno onima odgovornim za širenje rezistencije na više lijekova. rezistencija na više lijekova).

Struktura i dinamika ParM filamenata

Kao i svi elementi citoskeleta, ParM filamenti se sastoje od monomernih proteinskih podjedinica. Ove podjedinice su sposobne za polimerizaciju in vitro u prisustvu ATP ili GTP. Dobijeni filamenti se sastoje od dva protofilamenta uvijena jedan oko drugog (struktura je slična F-aktinu). U živim ćelijama, ParM monomeri formiraju dugačke nerazgranate filamente koji se nalaze duž ose bakterije. Za razliku od aktina i MreB-a i njegovih analoga, ParM ne formira snopove.

Polimerizacija i disocijacija ParM monomera zavisi od dodavanja i hidrolize ATP-a. Nove podjedinice su ugrađene u filamente u obliku vezanom za ATP, a vezivanje se može dogoditi na oba kraja filamenata. Istovremeno sa uključivanjem nove ParM-ATP podjedinice, dolazi do hidrolize ATP-a u poslednjem vezanom proteinskom molekulu. Dakle, cijeli filament se sastoji od ParM-ADP proteina, a samo na krajevima su ParM-ATP podjedinice, koje "KEPU" čitavu strukturu stabiliziraju.

U nedostatku odgovarajućeg plazmida, ParM filamenti nastavljaju da polimeriziraju sve dok ne dostignu određenu kritičnu dužinu. Nakon toga počinju se vrlo brzo disocirati, a brzina ovog procesa je oko 100 puta veća od one za F-aktin, odnosno uočava se tzv. dinamička nestabilnost prema kojoj ovi elementi više liče na eukariotske mikrotubule. .

Princip rada ParM filamenata

Gene parM ulazi u lokus par plazmid R1, pored njega, sadrži i sekciju parC(sa engleskog. C entromera), koji igra sličnu ulogu centromeri u eukariotskim hromozomima, kao i gen parr,čiji je proizvod ParR (od engleskog. represor) pridružuje se sekciji parC i autoreguliše transkripciju lokusa par, a služi i kao adapter za pričvršćivanje ParM proteina.

Nakon replikacije R1 plazmida na obje njegove kopije u regiji parC ParR protein je vezan. U tom stanju može da veže i stabilizuje ParM filamente, koji se stalno sklapaju i rastavljaju u citoplazmi. Nakon toga, ParM polimerni filamenti počinju da žvaću, pričvršćujući nove monomere na svakom kraju. Ovaj proces je praćen hidrolizom ATP-a. Zbog izduženja filamenata, dva plazmida koja su pričvršćena za njegove rubove dijele se u različitim smjerovima dok ne stignu do polova ćelije. Nakon toga slijedi disocijacija ParM polimera.

Magnetozomski organizirajući protein MamK

Drugi prokariotski homolog aktina, MamK, uključen je u organizaciju membrana magnetosoma. Magnetozomi su organele bakterija iz rodova vezane za membranu Magnetospirillum I magnetokok, sadrži kristale magnetita i pomaže bakteriji da se kreće u geomagnetskom polju. U ćeliji su magnetosomi raspoređeni u nizu, zbog čega mogu funkcionirati kao magnetna igla. Ovaj raspored osiguravaju filamenti MamK proteina za koje su ove membranske vezikule vezane.

Homolozi tubulina

Većina prokariota također ima homologe eukariotskog proteina tubulina koji čini mikrotubule. Najbolje proučavan od ovih homologa je FtsZ blilock uključen u citokinezu. Tubulin i FtsZ imaju prilično mali identitet u sekvenci aminokiselina, očuvan je samo domen GTPaze, ali su slični po prostornoj strukturi. Također, kod nekih predstavnika bakterija i arhea pronađeni su i drugi homolozi tubulina: na primjer, BtubA / BtubB Prosthebacter dejoneii, kao i TubZ i RepX, kodirani plazmidnim genima bakterija iz roda bacil.

FtsZ i Z-prsten

FtsZ (FtsZ) F ilamentirajući mutant osjetljiv na temperaturu Z) je jedan od prvih citoskeletnih proteina identificiranih u prokariotima. Nalazi se u stanicama gotovo svih proučavanih bakterija i arheja, kao iu eukariotskim organelama dobivenim od prokariota, posebno plastida. Ovaj protein je uključen u formiranje Z-prstena, obezbeđuje citokinezu tokom deobe ćelije. Osim FtsZ, ovaj proces uključuje i veliki broj pomoćnih proteina, posebno onih koji su uključeni u sintezu ćelijskog zida bakterije.

Struktura i dinamika FtsZ filamenata

Formiraju se FtsZ monomeri in vitro protofilamenti, koji se sastoje od jednog reda ovih proteina. Protofilamenti se NE sastavljaju u strukture slične mikrotubulama, iako ponekad formiraju snopove ili listove. FtsZ se polimerizira u aktivnom obliku vezanom za GTP; međutim, za razliku od tubulina, ovaj protein obično ne hidrolizira GTP nakon njegove inkorporacije u protofilament. Dakle, za razliku od protofilamenata mikrotubula, koji se gotovo u potpunosti sastoje od GDP-tubulina i imaju samo GTP-tubulinske kapice na krajevima, omjer GTP-vezanih i GDP-vezanih podjedinica u FtsZ protofilamentima je 80:20.

Pod određenim uslovima u FtsZ protofilamentima može doći do hidrolize GTP-a, pri čemu se njihov oblik uglavnom menja iz pravog u zakrivljen, a polimer se destabilizuje, usled čega se može raspasti na monomere. FtsZ protofilamenti su dinamičke strukture; oni stalno razmjenjuju podjedinice sa skupom slobodnih monomera.

Z-prsten struktura

Dio FtsZ proteina u ćeliji je uključen u formiranje Z-prstena, dok je ostatak u citoplazmi u monomernom obliku, odnosno u obliku kratkih filamenata. Kao što pokazuje fluorescentna mikroskopija (koristeći obilježena antitijela ili FtsZ fuzioniran sa GFP), Z-prsten je jasno vidljiv u centru većine ćelija. Tokom diobe ćelije, ona se skuplja, čime se omogućava citokineza. Istovremeno sa smanjenjem Z-prstena u matičnoj ćeliji, FtsZ počinje polimerizirati u centru kćeri ćelije.

Z-prsten se ne sastoji od jednog FtsZ zatvorenog u protofilamentu, kao što pokazuju brojne studije, količina FtsZ monomera u Z-prstenu je dovoljna da napravi oko 2,5 okreta oko unutrašnjeg prečnika ćelije. Budući da su pojedinačni FtsZ protofilamenti mnogo kraći od obima ćelije, predložen je model strukture Z-prstena prema kojem se sastoji od velikog broja kratkih protofilamenata koji se preklapaju. Ovaj model je potvrđen podacima dobijenim elektronskom kriotomografijom. Međutim, postoje i alternativni modeli za strukturu Z-prstena, od kojih jedan pretpostavlja da FtsZ protofilamenti međusobno djeluju od kraja do kraja i formiraju kontinuiranu spiralu.

Da bi se omogućila citokineza, Z-prsten mora nekako biti vezan za plazma membranu. Ovu ulogu u većini bakterija obavljaju piintegralni protein FtsA i transmembranski protein ZipA, čiji su citoplazmatski domeni vezani za FtsZ.

Modeli funkcionisanja Z-prstena tokom citokineze

Mehanizam kojim se Z-prsten kontrahuje tokom citokineze još uvijek je nejasan. Postojalo je nekoliko hipoteza, gore opisanih:

• Model kovanja: budući da je vjerovatno da je Z-prsten povezan s protofilamentima koji mogu djelovati bočno, slično eukariotskom aktinu i miozinu, pretpostavlja se da postoji specifični motorni protein koji može osigurati klizanje ovih protofilamenata jedan prema drugom. Kako ovaj proces napreduje, FtsZ se također depolimerizira, pa se Z-prsten skraćuje i povlači plazma membranu zajedno sa sobom. Glavni nedostatak ovog modela je što takvi motorni proteini nisu pronađeni ni u jednoj bakterijskoj vrsti.
• "Frame" model: FtsZ protofilamenti mogu igrati pasivnu ulogu u citokinezi. Prema ovom modelu, oni privlače samo enzime za sintezu ćelijskog zida na mjesto gdje će se odvijati citokineza. Novi taloženi slojevi peptidoglikana osiguravaju ugradnju plazma membrane, zbog čega je Z-prsten uvrnut. Ovaj model nije u stanju da objasni mehanizam citokineze posebno kod mikobakterija mikobakterija tuberkuloze, kod kojih peptidoglikan generalno nema u zidu kiltina.
• Model "repetitivnog stiskanja".- najpriznatiji u ovom trenutku. Ovaj mehanizam ne uključuje učešće bilo kakvih motornih proteina, ali sugerira da sami FtsZ protofilamenti mogu generirati silu neophodnu za citokinezu. Vjeruje se da su filamenti u Z-prstenu pričvršćeni za citoplazmatsku membranu u GTP-vezanom obliku, u kom slučaju imaju ravnu konformaciju. Nakon toga u njima dolazi do hidrolize GTP-a, što dovodi do savijanja niti. Kada se to dogodi, ćelijska membrana, vezana za filamente pomoću FtsA ili ZipA proteina, donekle se savija. Ova uzastopna kompresija membrane dovodi do citokineze. Po ovom mehanizmu ne mogu nastati samo njegove posljednje faze i moguće je da prođu bez sudjelovanja proteina FtsZ.

Ostali homolozi tubulina

Sekvenciranje genoma mnogih bakterija otkrilo je neke proteine ​​slične tubulinu koji se razlikuju od FtsZ. Posebno kod bakterija Prosthebacter dejoneii pronađena su dva proteina BtubA i BtubB. B akteralna kada ulin), koji su homolozi α i β tubulina, respektivno. Tokom polimerizacije u prisustvu GTP-a, oni formiraju heterodimer, kao i α i β tubulin. Funkcija ovih proteina je trenutno nepoznata.

Zanimljivo je da su ovi proteini po sekvenci aminokiselina mnogo bliži eukariotskim tubulinama nego njihovom prokariotskom homologu FtsZ. Vjeruje se da je bakterija P. dejoneii dobili gene za ove proteine ​​kao rezultat horizontalnog transfera od eukariota.

Druga klasa homologa tubulina pronađena je u velikim plazmidima bakterija iz roda bacil, zokema:

• Protein TubZ Bacillus thuringiensis kodiran plazmidnim genima pBtoxis;
• RepX protein je kodiran u plazmidu pX01 Bacillus anthracis.

Oba ova proteina su sposobna da formiraju dugačke filamente kao rezultat polimerizacije u prisustvu GTP i potrebna su za stabilno održavanje odgovarajućeg plazmida u ćeliji. Oni mogu biti uključeni u segregaciju kopija plazmida, replikaciju plazmida ili oboje.

Krescentin je homolog proteina srednjeg filamenta

Crescentin je protein srednjeg filamenta koji se nalazi u bakterijama Caulobacter crescentus i druge bakterije ovog roda. Ovaj protein održava dugu, zakrivljenu, filamentoznu strukturu koja se proteže duž unutrašnje ivice bakterije nalik komo i osigurava da se ovaj oblik zadrži. U nedostatku krescentina, bakterije postaju krio slične, ali ne gube vitalnost.Krescentin ima 25% identiteta i 40% homologije u aminokiselinskoj sekvenci sa eukariotskim intermedijarnim filamentnim proteinima, kao i sličnu organizaciju proteinskih domena - posebno , prisustvo centralnog dvostrukog heliksa domena (eng. Namotani kalem). Polimerizacija krescentinskih monomera, kao u slučaju eukariotskih intermedijarnih filamentnih proteina, odvija se bez potrebe za nukleotidima. Pitam se šta da oblikujem C. crescentus pored krescentina, potreban je i homolog aktina MreB; u njegovom odsustvu, ćelije postaju sferične uprkos prisustvu krescentina.

Citoskeletna ATPaza tipa Walker A

Pored homologa eukariotskog aktina, tubulina i proteina intermedijarnih filamenata, citoskeletne komponente su također pronađene u bakterijama koje nemaju analoga u nuklearnim stanicama. Konkretno, to su WACA proteini (eng. Walker A citoskeletna ATPaza- citoskeletna ATPaza Walker A tipa), koja pripada funkcionalno heterogenoj porodici ATPaza, imaju konzervativni abnormalni Walker A domen u svojoj strukturi i dimeriziraju se u prisustvu ATP-a.

WACA proteini u obliku vezanom za ATP mogu formirati polimere na određenim površinama, kao što je ćelijska membrana, i smatraju se elementima citoskeleta. Ova klasa uključuje MinD protein, koji je uključen u određivanje mjesta gdje će se odvijati citokineza tokom razdvajanja, i ParA, Soj, kao i SopA i ParF proteine, koji obezbjeđuju razlike (segregaciju) kopija plazmida i bakterijskih hromozoma. Iako imaju različite funkcije, ovi proteini imaju vrlo sličnu prostornu strukturu i visok nivo homologije sekvence aminokiselina. Svi WACA su sposobni za hidrolizu ATP-a, njihova katalitička aktivnost je regulirana interakcijom s aktivirajućim proteinima: za MinD, ovo je MinE protein, a za ParA, protein ParB koji vezuje DNK. Takođe, ovu porodicu proteina ujedinjuje činjenica da se iza svih njih uočava dinamično ponašanje. in vivo: polimerizovani oblici ovih proteina osciliraju između određenih ćelijskih regiona. Na primjer, MinD-ovi polimeriziraju prvo na jednom polu ćelije, zatim na drugom, trajanje takvog ciklusa je 40-50 sekundi. Proteini ParA i Soj osciliraju pretežno između dva nukleoida prije fisije, a njihovi vremenski intervali "skakanja" su manje pravilni (od nekoliko minuta do sat vremena).

MinCDE sistem

Mehanizam oscilovanja bolje je razumjeti na primjeru MinCDE sistema, koji uključuje WACA MinD. Ovaj sistem je neophodan ćeliji da bi tačno postavila Z-prsten u centralni deo za pravilan prolaz citokineze. Sadrži tri proteina:

• MinC, FtsZ inhibitor polimerizacije;
• MinD - WACA citoskeletni protein koji polimerizira na citoplazmatskoj membrani;
• MinE je protein koji stimuliše hidrolitičku aktivnost MinD.

IN E.coli ovaj sistem funkcionira na sljedeći način: nakon dodavanja molekula ATP-a, MinD polimerizira na plazma membrani, formirajući spirale. U ovom aktiviranom obliku, vezuje se za MinC protein, koji inhibira formiranje Z-prstena na tom određenom mjestu. MinD-ATP također može stupiti u interakciju s MinE, koji stimulira hidrolizu ATP-a, nakon čega se inaktivirani MinD odvaja od membrane i može disociirati na drugom mjestu. Raspada se uglavnom na suprotni pol ćelije, gdje nema MinE proteina, tu počinje polimerizacija novog kompleksa, koja se nastavlja sve dok se ne završi depolimerizacija starog. A kada počne da se završava, MinE protein se oslobađa i počinje da "uništava" novoformirani MinD / MinC kompleks. Dakle, ovaj kompleks "skače" sa jednog pola na drugi sa periodikom od 40-50 minuta, a ne utiče samo na centralno područje, u kojem dolazi do formiranja Z-prstena, jer ga tu ništa ne potiskuje.

Iako je MinD vrlo očuvan protein među prokariotima, on različito funkcionira u različitim vrstama, na primjer u B. subtilis ne dolazi do oscilacija: MinD je trajno vezan za ćelijske polove pomoću drugog DivIVA proteina. Osim toga, bakterije imaju "rezervne" mehanizme za prostornu regulaciju citokineze koji djeluju čak i u odsustvu MinCDE, na primjer, mehanizam "izbjegavanja nukleoida": formiranje Z-prstena je potisnuto u blizini nukleoida.

U nekim bakterijama, i MinCDE sistem i mehanizam "izbjegavanja nukleoida" su potpuno odsutni, na primjer, u C. crescentus mjesto citokineze je određeno MipZ proteinom (slično ParA). Ovaj protein polimerizira u blizini ori tačke i također inhibira formiranje Z-prstena.

Korišteni izvori

1. Shih YL, Rothfield L (2006). Bakterijski citoskelet. Microbiol Mol Biol Rev 70. With. 729-54. doi: 10.1128/MMBR.00017-06. PMID 16959967.
2. Bi EF, Lutkenhaus J (1991). FtsZ prstenasta struktura povezana s diobom u Escherichia coli. Priroda 354. With. 161-4. doi: 10.1038 / 354161a0. PMID 1944597.
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2007). Molekularna biologija ćelije(5. izdanje). Garland Science. ISBN 978-0-8153-4105-5.
4. Gitai Z (2005). Nova biologija bakterijske ćelije: pokretni dijelovi i subcelularna arhitektura. ćelija 120.
5. Gerdes K (2009). RodZ, novi igrač u morfogenezi bakterijskih stanica. The EMBO Journal 28. With. 171 - 172. doi: 10.1038 / emboj.2008.287. PMID 19194484.
6. Salje J, Gayathri P, Lowe J (2005). ParMRC sistem: molekularni mehanizmi segregacije plazmida pomoću filamenata sličnih aktinu. ćelija 120. With. 577-86. doi: 10.1016 / j.cell.2005.02.026. PMID 15766522.
7. Taoka A, Asada R, Wu LF, Fukumori Y (2007). Polimerizacija aktinu sličnog proteina MamK, koji je povezan sa magnetosomima. J Bacteriol 189. With. 8737-40. doi: 10.1128 / JB.00899-07. PMID 17905974.
8. Thanbichler M, Shapiro L (2008). Organiziranje - kako bakterijske ćelije pokreću proteine ​​i DNK. Nat Rev Microbiol 6. With. 28-40. doi:10.1038/nrmicro1795. PMID 18059290.
9. Pogliano J. (»Bakterijski citoskelet. Curr Opin Cell Biol 20. With. 19-27. doi: 10.1016 / j.ceb.2007.12.006. PMID 18243677.
10. Erickson HP, Anderson DE, Osawa M (2010). FtsZ u bakterijskoj citokinezi: citoskelet i generator sile sve u jednom. Microbiol Mol Biol Rev 74. With. 504-28. doi: 10.1128/MMBR.00021-10. PMID 21119015.
11. Li Z, Trimble MJ, Brun YV, Jensen GJ (2007). Struktura FtsZ filamenata in vivo ukazuje na ulogu stvaranja sile u diobi ćelija. EMBO J 26. With. 4694-708. doi:10.1038/sj.emboj.7601895. PMID 17948052.

Plan:

Uvod

• 1 eukariotski citoskelet
  • 1.1 aktinski filamenti (mikrofilamenti)
  • 1.2 Intermedijarni filamenti
  • 1.3 Mikrotubule
• 2 Citoskelet prokariota
  • 2.1 Bakterijski homolozi aktina
    • 2.1.1 MreB i njegovi homolozi
    • 2.1.2 ParM
    • 2.1.3 MamK
  • 2.2 Homolozi tubulina
    • 2.2.1 FtsZ
    • 2.2.2 BtubA/B
  • 2.3 Crescentin, homolog proteina srednjeg filamenta
  • 2.4 MinD i ParA
Bilješke

Uvod

eukariotski citoskelet. Aktinski mikrofilamenti su obojeni u crveno, mikrotubule u zeleno, jezgra ćelija u plavo.

Citoskelet- ovo je ćelijski okvir ili skelet koji se nalazi u citoplazmi žive ćelije. Prisutan je u svim ćelijama i eukariota i prokariota. Ovo je dinamična, promjenjiva struktura, čije funkcije uključuju održavanje i prilagođavanje oblika stanice vanjskim utjecajima, egzo- i endocitozu, osiguravanje kretanja stanice u cjelini, aktivni unutarćelijski transport i diobu stanice.

Keratinski intermedijarni filamenti u ćeliji.

Citoskelet se sastoji od proteina. U citoskeletu se razlikuje nekoliko glavnih sistema, imenovanih ili prema glavnim strukturnim elementima vidljivim u elektronskim mikroskopskim studijama (mikrofilamenti, intermedijarni filamenti, mikrotubule), ili prema glavnim proteinima koji ih čine (sistem aktin-miozin, keratini, tubulin -dinein sistem). ).

1. Eukariotski citoskelet

Eukariotske ćelije sadrže tri vrste takozvanih filamenata. To su supramolekularne, proširene strukture, koje se sastoje od proteina istog tipa, sličnih polimerima. Razlika je u tome što je kod polimera veza između monomera kovalentna, dok je kod filamenata veza sastavnih jedinica obezbeđena zbog slabe nekovalentne interakcije.

1.1. aktinski filamenti (mikrofilamenti)

Oko 7 nm u prečniku, mikrofilamenti su dva spiralna lanca aktinskih monomera. Uglavnom su koncentrisani na vanjskoj membrani ćelije, jer su odgovorni za oblik ćelije i mogu formirati izbočine na površini ćelije (pseudopodije i mikrovili). Oni su također uključeni u međućelijsku interakciju (formiranje adhezivnih kontakata), prijenos signala i, zajedno s miozinom, u kontrakciju mišića. Uz pomoć citoplazmatskih miozina, vezikularni transport se može provesti duž mikrofilamenata.

1.2. Intermedijarni filamenti

Prečnik međufilamenata je od 8 do 11 nanometara. Sastoje se od različitih vrsta podjedinica i najmanje su dinamički dio citoskeleta.

Dijagram koji prikazuje citoplazmu, zajedno sa njenim komponentama (ili organele) u tipičnoj životinjskoj ćeliji. organele:
(1) Nukleolus
(2) Jezgro
(3) ribosom (male tačke)
(4) Vezikula
(5) grubi endoplazmatski retikulum (ER)
(6) Golgijev aparat
(7) Citoskelet
(8) Glatki endoplazmatski retikulum
(9) Mitohondrije
(10) Vakuola
(11) Citoplazma
(12) Lizozom
(13) Centriola i Centrosom

1.3. mikrotubule

Mikrotubule su šuplji cilindri prečnika oko 25 nm, čiji su zidovi sastavljeni od 13 protofilamenata, od kojih je svaki linearni polimer dimera proteina tubulina. Dimer se sastoji od dvije podjedinice - alfa i beta oblika tubulina. Mikrotubule su izuzetno dinamične strukture koje troše GTP tokom polimerizacije. Oni igraju ključnu ulogu u unutarćelijskom transportu (služe kao "šine" po kojima se kreću molekularni motori - kinezin i dinein), čine osnovu undylipodium aksonema i diobenog vretena tokom mitoze i mejoze.

2. Citoskelet prokariota

Dugo se vjerovalo da samo eukarioti imaju citoskelet. Međutim, od rada iz 2001. Jonesa et al. (PMID: 11290328) koji opisuje ulogu homologa bakterijskog aktina u stanicama Bacillus subtilis, započeo je period aktivnog proučavanja elemenata bakterijskog citoskeleta. Do danas su pronađeni bakterijski homolozi za sva tri tipa elemenata eukariotskog citoskeleta - tubulin, aktin i intermedijerne filamente. Također je otkriveno da barem jedna grupa proteina bakterijskog citoskeleta, MinD/ParA, nema eukariotske analoge.

2.1. Bakterijski homolozi aktina

Najviše proučavane komponente citoskeleta nalik aktinu su MreB, ParM i MamK.

2.1.1. MreB i njegovi homolozi

MreB proteini i njegovi homolozi su komponente bakterijskog citoskeleta slične aktinu, koje igraju važnu ulogu u održavanju oblika ćelije, segregaciji hromozoma i organizaciji membranskih struktura. Neke vrste bakterija, kao npr Escherichia coli, imaju samo jedan MreB protein, dok drugi mogu imati 2 ili više MreB proteina. Primjer potonjeg je bakterija Bacillus subtilis, u kojem MreB proteini, Mbl ( M re B-l ike) i MreBH ( MreB h omolog).

U genomima E. coli I B. subtilis gen odgovoran za sintezu MreB nalazi se u istom operonu kao i geni za MreC i MreD proteine. Mutacije koje potiskuju ekspresiju ovog operona dovode do formiranja sferičnih ćelija sa smanjenom vitalnošću.

Podjedinice MreB proteina formiraju filamente koji se omotavaju oko bakterijske ćelije u obliku štapa. Nalaze se na unutrašnjoj površini citoplazmatske membrane. Filamenti koje formira MreB su dinamični, stalno prolaze kroz polimerizaciju i depolimerizaciju. Neposredno prije diobe ćelije, MreB je koncentrisan u regiji gdje će se formirati suženje. Vjeruje se da je funkcija MreB-a također da koordinira sintezu mureina, polimera ćelijskog zida.

Geni odgovorni za sintezu MreB homologa pronađeni su samo u bakterijama u obliku štapa i nisu pronađeni u kokama.

2.1.2. ParM

Protein ParM prisutan je u ćelijama koje sadrže plazmide sa niskim brojem kopija. Njegova funkcija je da razrijedi plazmide duž polova ćelije. U isto vrijeme, proteinske podjedinice formiraju filamente koji su izduženi duž glavne ose ćelije u obliku štapa.

Filament u svojoj strukturi je dvostruka spirala. Rast filamenata koje formira ParM moguć je na oba kraja, za razliku od aktinskih filamenata koji rastu samo na ± polu.

2.1.3. MamK

MamK je protein sličan aktinu Magnetospirillum magneticum odgovoran za pravilno pozicioniranje magnetosoma. Magnetozomi su invaginacije citoplazmatske membrane koja okružuje čestice željeza. MamK filament djeluje kao vodič duž kojeg su magnetosomi raspoređeni jedan za drugim. U odsustvu MamK proteina, magnetosomi su nasumično raspoređeni po površini ćelije.

2.2. Homolozi tubulina

Trenutno su u prokariota pronađena dva homologa tubulina: FtsZ i BtubA/B. Poput eukariotskog tubulina, ovi proteini imaju aktivnost GTPaze.

2.2.1. FtsZ

Protein FtsZ je izuzetno važan za diobu bakterijskih stanica; nalazi se u gotovo svim eubakterijama i arhejama. Takođe, homolozi ovog proteina pronađeni su u eukariotskim plastidima, što je još jedna potvrda njihovog simbiotskog porekla.

FtsZ formira takozvani Z-prsten, koji djeluje kao skela za dodatne proteine ​​diobe stanica. Zajedno čine strukturu odgovornu za formiranje konstrikcije (septa).

2.2.2. BtubA/B

Za razliku od široko rasprostranjenog FtsZ, ovi proteini se nalaze samo u bakterijama iz roda Prosthecobacter. Oni su po svojoj strukturi bliži tubulinu nego FtsZ.

2.3. Crescentin, homolog proteina srednjeg filamenta

Protein je pronađen u ćelijama Caulobacter crescentus. Njegova funkcija je da daje ćelije C. crescentus vibrio forme. U odsustvu ekspresije ćelijskog gena za krescentin C. crescentus imaju oblik štapa. Zanimljivo je da ćelije dvostrukih mutanata, crescentin − i MreB − , imaju sferni oblik.

2.4. MinD i ParA

Ovi proteini nemaju homologe među eukariotima.

MinD je odgovoran za položaj mjesta podjele kod bakterija i plastida. ParA je uključen u podelu DNK na ćelije kćeri.

Bilješke

1. Shih Y.-L., Rothfield L. Bakterijski citoskelet. // Microbiology And Molecular Biology Reviews. - 2006. - V. 70., br. 3-pp. 729-754. PMID: 16959967 - www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?cmd=Retrieve&db=pubmed&dopt=AbstractPlus&list_uids=16959967