Sekcja poświęcona badaniu szkieletu komórki - cytoszkieletu

mikrotubule

Parametry mikrotubul

Okres półtrwania mikrotubul ~5 min, podczas pierwszej połowy mitozy ~15s
Średnica mikrotubuli wynosi 25 nm.

Tworzenie mikrotubul

Jednostką strukturalną mikrotubuli jest heterodimer białka tubulina, składające się z podjednostek α ​​i β (53 i 55 kDa), nie przybywających oddzielnie, podobnych, ale nie identycznych. Każda z podjednostek ma miejsce wiązania nukleotydu. α-tubulina wiąże cząsteczkę GTP, która nie ulega hydrolizie, β-tubulina może wiązać GDP lub GTP (ryc. 1). β-tubulina jednego heterodimeru wiąże GTP i łączy się z α-tubuliną innego heterodimeru, podczas gdy GTP ulega hydrolizie do GDP. α-tubulina jest białkiem aktywującym GTP i katalizuje hydrolizę β-tubuliny przez GTP (ryc. 2). Tak więc heterodimery tworzą łańcuchy liniowe - protofilamenty, 13 protofilamentów tworzy helikalny cykliczny kompleks, takie pierścienie polimeryzują w rurkę (ryc. 3). Fosforylacja tubuliny nasila polimeryzację.

Ryc. 1 Heterodimer tubuliny. α-tubulina (syn.) z miejscem wiązania GTP (niebieski). β-tubulina (zielona) z miejscami wiązania GTP i GDP (czerwona)
Mikrotubule są dynamicznymi polarnymi strukturami. (+)-koniec jest dynamicznie niestabilny (β-tubulina), a (-)-koniec jest stabilizowany przez wiązanie z centrum organizacji mikrotubuli (patrz przegląd Centrosom).
Gwintowanie to ruch mikrotubul w wyniku jednoczesnego wzrostu jednego końca i dysocjacji drugiego końca mikrotubul.
DNA tubuliny w domenie wiążącej nukleotydy ma wysoce konserwatywną sekwencję GGGTG(T/S)G.
Białko bakteryjne FtsZ, homolog tubuliny, jest składnikiem cytoszkieletu bakteryjnego i polimeryzuje, tworząc mikrotubule.

mikrotubule

Ryc.2 Mikrotubule mogą tworzyć singlet, dublet i triplet.
Mikrotubula dubletu lub trypletu składa się z 13 protofilamentów.
Kanaliki B i C składają się z mniejszej liczby protofilamentów, zazwyczaj 10.

Białka wiążące się z mikrotubulami.

Z mikrotubulami związane są dwa rodzaje białek: strukturalne
białka (białka związane z mikrotubulami MAP) i białka translokacyjne.

Przyłączanie MAP jest regulowane przez fosforylację, w wyniku czego
które niektóre MAP odrywają się od mikrotubul.

+PORADY- białka oddziałujące z końcem (+).
mikrotubule, z których wiele to białka motoryczne,
inne zapewniają interakcję z mikrofilamentami w
kory komórkowej poprzez przyłączenie mikrotubul do osocza
membrana. Niektóre +TIPS regulują dynamikę mikrotubul
i stabilność końca (+), na przykład, XMAP215
rodzina białek stabilizuje koniec (+) zapobiegając degradacji
i umożliwia wzrost mikrotubul.

ZAPIĘCIE- białka przyczepu
dimery tubuliny do końca (+) i hamują katastrofy.
Wchodzą w interakcję z kinetochorem - kompleksem, który łączy
(+)-koniec mikrotubuli z chromosomem.

Katastrofiny - białka +TIP, które wiążą się z (+) końcem mikrotubul
i zapewnienie dysocjacji dimerów tubuliny. Są zdolni
aktywować hydrolizę GTP lub zmianę konformacji protofilamentu
(MCAK- kinezyna zlokalizowana w kinetochorze
i zapewnia dysocjację końca (+) podczas anafazy mitozy).

Stasmin- białko destabilizujące
w komórkach rakowych. Łączy się z heterodimerem tubuliny
hamować ich polimeryzację. Stasminy są hamowane przez fosforylację.

Katanina - oddziela mikrotubule tworząc nową niestabilną
(+)-koniec.

Niektóre MAP łączą mikrotubule
ze sobą, z membraną lub włóknami pośrednimi.

MAP typu I występujący w aksonach i dendrytach komórek nerwowych
a niektóre inne mają wiele powtórzeń KKEX (Lys-Lys-Glu-X)
które wiążą (-)-naładowane sekcje tubuliny.

MAP typu II znajduje się również w aksonach i dendrytach nerwów
komórki i kilka innych. Mają 3-4 powtórzenia po 18 reszt
sekwencja przyłączająca tubulinę.

Białka oddziałujące z (+) końcem mikrotubul

APC, Kar9 ( sc)*

APC (gruczolakowata polipowatość coli) - supresor guza,
co jest podstawą regulacji kompleksu białkowego
fosforylacja b-katenin.

EB1, Bim1(sc) , Mal3(sp)

EB1 (białko wiążące koniec 1) - białko oddziałujące z
APC.

nagi(jakiś)

Nud (dystrybucja jądrowa) - białko regulujące dyneiny.

Lis1/NUDF(Jakiś) pac1(sc)

Lis (lissencephaly) - naruszenie rozwoju ludzkiego mózgu
(gładki mózg). Białko oddziałuje z dyneiną w celu regulacji
jego funkcja.

NAGI(Jakiś) R011(Neurospora
krassa) /Ndl1(sc) ; Nde1, Ndel1
(ssaki).

Białka te oddziałują z Lis1 i deneinami i zapewniają
ich funkcjonowanie.

Kar3(sc)

Kar3 jest kinezyną, która ma C-końcową domenę motoryczną i należy do
do rodziny Kinesin-14.

Kip2(sc), Herbata2
(Sp), Kipa(Jakiś)

Kinezyny grzybowe należące do rodziny Kinesin-7, w tym
CENP-E – centromerowe białko ssaków, Kip2, Tea2 i
KipA

Klp10A(Dm), Klp59C, MCAK

Członkowie rodziny Kinesin-13. Klp10A - domniemany homolog
Ssaki Kif2A. Klp59C (Dm) - domniemany homolog
ssaki MCAK. KLP10A i innych członków Kin I
podrodziny kinezyn oddziałujące z nieosłoniętymi
(-)-koniec mikrotubul wrzeciona rozszczepienia podczas mitozy.
Zapewniają dysocjację dimerów biegunów tubuliny
komórki, przyczyniając się frezowanie(ruch
mikrotubul do biegunów i skracanie mikrotubul w trakcie
anafaza mitozy).

Dynaktyna

Kompleks białkowy zawierający białko p150glued. Dinaktyna wiąże
dyneinę i reguluje jej właściwości, a także przyczepia pęcherzyki
do dyneiny. p150glued jest homologiem NUDMA. nidulany.

CLIP-170, Rower1 (sc), Wskazówka
(Sp)

CLIP-170 zapewnia stabilizację i wzrost mikrotubul,
a także reguluje lokalizację dyneiny.

CLIP-170 - zapewnia lądowanie kompleksu dyneina-dynaktyna,
bierze udział w transporcie pęcherzyków, na końcu mikrotubuli.
LIP-170 znajduje się w cytoplazmie w nieaktywnej konformacji
w którym połączony jest N-koniec wiążący mikrotubule
z C-końcem tej samej cząsteczki. Podczas wiązania N-końca z tubuliną
lub (+)-koniec mikrotubuli, C-koniec jest uwalniany i wiąże się
z kompleksem dyneina-dynaktyna poprzez cząsteczkę p150Glued, mikrotubulę
stabilizuje. Dynenina-dynaktyna zostaje uwolniona i zaczyna się
ruch wzdłuż mikrotubuli (ryc. 3)

Niektóre toksyny i leki, z których niektóre zakłócają mitozę, zakłócają polimeryzację i depolimeryzację tubuliny:
Taksol jest lekiem przeciwnowotworowym, który stabilizuje mikrotubule.
kolchicyna wiąże tubulinę, blokując polimeryzację. Mikrotubule depolimeryzują przy wysokich stężeniach kolchicyny.
winblastyna - wzmaga depolimeryzację poprzez tworzenie parakryształów winblastyny-tubuliny.
nocodazol - zapewnia depolimeryzację mikrotubul.
Asocjacja jest hamowana przez winblastynę, winkrystynę, kolchicynę i wzmacniana przez taksol.
Gamma-soma jest ośrodkiem organizującym mikrotubule na zewnętrznej powierzchni jądra.

Mikrofilamenty

Monomer G-aktyna (aktyna kulista) - asymetryczna
(42kDa) składa się z dwóch domen, podobnie jak jonowa
zmusza agregaty do zwiniętego polimeru F-aktyny (fibrillar
aktyna).

G-aktyna ma miejsca wiązania dla dwuwartościowych kationów
i nukleotydy w warunkach fizjologicznych zajmowane przez Mg 2+
i ATP.

Polimeryzacja G-aktyny do F-aktyny

F-aktyna ma polaryzację (+) i (-).
różne właściwości.

Cząsteczka G-aktyny przenosi ściśle związany ATP, który kiedy
przejście do F-aktyny powoli hydrolizuje do ADP - eksponaty
właściwości ATPazy Polimeryzacji towarzyszy hydroliza
ATP, co nie jest konieczne, ponieważ polimeryzacja zachodzi w obecności
nieulegające hydrolizie analogi ATP

Polimeryzacja składa się z kilku procesów: zarodkowanie,
wydłużenie, dysocjacja,
podział, dokowanie.
Te procesy przebiegają jednocześnie.

Zarodkowanie– połączenie trzech G-aktyn –
inicjacja polimeryzacji.

Wydłużenie- przedłużenie łańcucha aktyny o
przyłączenie G-aktyny do (+)-końca F-aktyny.

Dysocjacja- skrócenie łańcucha. Depolimeryzacja
aktyna ma taką samą prędkość na obu końcach

Podział- w wyniku ruchu termicznego
Fragment puszki F-aktyny.

Dokowanie- można łączyć oddzielne fragmenty
ze sobą od końca do końca.

Przy stężeniu G>F - polimeryzacja zachodzi jednocześnie
(+) i (-) koniec.

jeśli G (-)-koniec - bieżnia– ruch F-aktyny
dzięki jednoczesnemu wydłużeniu końca (+) i dysocjacji
(-)-koniec. Przy G ~ F - występuje równowaga dynamiczna
polimeryzacja końca (+) i depolimeryzacja końca (–) kosztem
energia ATP G-aktyna wiąże się z ATP i polimeryzuje hydrolizuje
ATP na krytycznych końcach G-aktyny (+), koniec wydłuża się,
i (-) - skrócone

mikrofilamenty aktynowe

F-aktyna - fibrylarna, długość skrętu helisy 37
nm, d=6-8nm.

Białka wiążące aktynę

Ponad 50 białek w cytoplazmie wiąże się z aktyną
różne funkcje: regulują objętość puli G-aktyny (profiliny),
wpływać na szybkość polimeryzacji (villine), stabilizować
końce nici (fragin, a-aktynina), zszyj włókna
inne lub z innymi składnikami (villina, α-aktyna, spektryna,
MARCKS, fibryna), niszczą podwójną helisę F-aktyny (gelsoliny).
Aktywność tych białek jest regulowana przez Ca 2+ i kinazy białkowe.

Istnieje pięć miejsc działania białek: z monomerem
aktyna, z (+)-końcem (pierzasty), z (-)-końcem (szpiczasty),
z powierzchnią boczną. Białka wiążące aktynę mogą być
wrażliwe lub niewrażliwe na Ca 2+

1. Białka wiążące się z monomerem aktyny - hamują nukleację
(profilina, fragmentina - wrażliwa na Ca 2+).
Profilina z monomerem jest w stanie zbudować F-aktynę, natomiast fragmentację
nie, blokując zarówno zarodkowanie, jak i wydłużenie. Nie wrażliwy
do Ca 2+ DNazy I i białka wiążącego witaminy
D - funkcja poza komórką.

2. Zaślepka (+)-koniec może być zablokowana przez zaślepkę
białka - blokujące wydłużanie i dokowanie, przyczyniają się do
zarodkowanie – pojawienie się skróconych włókien (gelsolin,
złoczyńca, fragmin)

3. (-)-end - inicjacja zarodkowania, zahamowanie dokowania
i wydłużenie - wzrost liczby i spadek długości fragmentów.
Akumentyna w makrofagach, brewina - białko serwatki powoduje
szybki spadek lepkości roztworu F-aktyny. Oba białka są
wrażliwy na Ca 2+

4. Brak sieciowania - wiązanie boczne może się stabilizować
i destabilizować F-aktynę Tropomiozynę (niezależną od Ca)
stabilizuje, severin, vilin (Ca-zależny) - wiązanie
z F-aktyną przeciąć to.

5. Sieciowanie F-aktyny z tworzeniem żelu. Taki
białka indukują zarodkowanie. Takie białka są dimeryczne lub mają
dwie domeny wiążące aktynę. α-aktyna płytkowa,
wilina, fibryna, aktynogelina z makrofagów (niezależne od Ca).

białka czapeczkowe- zamknij końce aktyny
filamenty, zapobiegające polimeryzacji-depolimeryzacji,
promować przyczepianie włókna do membrany.

falloidyna- jad muchomora bladego, wiąże
z końcem (-) i hamuje depolaryzację.

cytochalazyna– przyczepiona jest toksyna pleśniowa
w kierunku końca (+), blokując polimeryzację.

białka fragmentujące czapeczki- fragment
F-aktyna powodująca przejście żelu w zol (aktywowana Gelsolin 90kD
Ca2+ 10-6M rozbija F-aktynę i wiąże się z jej końcami).

Białka wiążące F-aktynę

Struktury utworzone przez aktynę

Kora komórkowa- sieć włókien aktynowych
pod błoną plazmatyczną.

filopodium

Włókna stresowe - powstają, gdy komórka ma
zdolność przyczepiania się do podłoża

Filamenty pośrednie

FILAMENTY POŚREDNIE
białka między włóknami komórkowymi liczba M, typ kD
kwaśny epit keratynowy >15 40-57 I
podstawowy epit keratynowy >15 53-67 II
mysz desmin 1 53 III
kwaśny włóknisty glej białkowy, astrocyty 1 50
vimentin mesenkh, szyja epit 1 57
nerw obwodowy 1 57
białka neurofilamentowe: aksony i dendryty IV
NF-L 1 62
NF-M 1 102
NF-H 1 110
interneksyna OUN 1 66
nestyna epit tkanka nerwowa 1 240
lamin A jądra wszystkich komórek 1 70 V
Lamin B 1 67
laminat C 1 67
septameryczny monomer? równoległy dimer? antyrównoległy tetramer? protofilament? protofibryle? PF
włókna pośrednie
d=10nm, (cytokeratyny, desmina, wimentyna, kwaśne fibrylarne białko glejowe (GFAP), neurofilament) składają się z podstawowego pręta str-ry - superskręconej -helisy, takie dimery łączą się antyrównolegle, tworząc tetramer, agregacja tetramerów „łeb w łeb” " daje obraz protofilamentu, 8 protofilamentów. włókno pośrednie | polimeryzacja prowadzi do obrazu. stabilne niepolarne cząsteczki polimeru

Białka związane z IF
lokalizacja białka M, kD
BPAG1 230 półdesmosomów
desmosomy placoglobiny 3
desmoplacyna I 250 desm
desmoplakin II 215 desm
plectin 300 cortec. strefa
kora ankiryny 140. strefa
cytozol filagryny 30
Rdzeń receptora B-laminy 58
Zmutowanym myszom brakuje wimentyny, podczas gdy myszy żyją całkiem normalnie.
W komórkach roślinnych cytoszkielet jest reprezentowany przez mikrotubule i mikrofilamenty, nie ma włókien pośrednich, ale są laminy.

Rzęsy

Rzęsa - odrost cytoplazmy h=300nm, pokryty pm
aksonem – d=200nm, 9 dubletów mikrotubul, 100, 2 centralne mikrotubule, A-mikrotubula – 13 podjednostek, B-mikrotubula – 11 podjednostek,
ciało podstawowe - zanurzone w cytoplazmie d = 200 nm, 9 trojaczków mikrotubul, ma rączki, rękaw i szprychy w części bliższej.
Szybkość ruchu komórek dzięki rzęskom może osiągnąć ~5 mm/s. Liczba rzęsek w komórce tchawicy wynosi ~300, w komórce orzęsków ~14 tysięcy.
kinetocylium - zdolne do ruchu (nabłonek, plemniki), rzęski pierwotne - nie poruszają się.

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

cytoszkielet eukariotyczny. Mikrofilamenty aktyny są zabarwione na czerwono, mikrotubule na zielono, jądra komórkowe na niebiesko.

Cytoszkielet- jest to rama komórkowa lub szkielet znajdujący się w cytoplazmie żywej komórki. Występuje we wszystkich komórkach eukariotycznych, aw komórkach prokariotycznych znaleziono homologi wszystkich eukariotycznych białek cytoszkieletu. Cytoszkielet jest dynamiczną, zmieniającą się strukturą, której funkcją jest utrzymanie i dostosowanie kształtu komórki do wpływów zewnętrznych, egzo- i endocytozy, zapewnienie ruchu całej komórki, aktywnego transportu wewnątrzkomórkowego i podziałów komórkowych.

Filamenty pośrednie keratyny w komórce.

Cytoszkielet jest tworzony przez białka, istnieje kilka głównych systemów, nazwanych albo według głównych elementów strukturalnych widocznych w badaniach mikroskopii elektronowej (mikrofilamenty, włókna pośrednie, mikrotubule), albo według głównych białek wchodzących w ich skład (aktyna-miozyna układ, keratyny, układ tubulina - dyneina).

cytoszkielet eukariotyczny

filamenty aktynowe (mikrofilamenty)

Mikrofilamenty o średnicy około 7 nm to dwa spiralne łańcuchy monomerów aktyny. Koncentrują się głównie na zewnętrznej błonie komórkowej, ponieważ odpowiadają za kształt komórki i są zdolne do tworzenia wypukłości na powierzchni komórki (pseudopodiów i mikrokosmków). Biorą również udział w interakcjach międzykomórkowych (tworzenie styków adhezyjnych), przekazywaniu sygnałów oraz, razem z miozyną, w skurczu mięśni. Za pomocą miozyn cytoplazmatycznych transport pęcherzykowy może odbywać się wzdłuż mikrofilamentów.

Filamenty pośrednie

Cytoszkielet prokariontów

Przez długi czas uważano, że tylko eukarionty mają cytoszkielet. Jednak od czasu publikacji z 2001 roku przez Jonesa i in. (PMID 11290328) opisujący rolę bakteryjnych homologów aktyny w komórkach Bacillus subtilis rozpoczął się okres aktywnego badania elementów cytoszkieletu bakteryjnego. Do tej pory znaleziono bakteryjne homologi wszystkich trzech typów eukariotycznych elementów cytoszkieletu - tubuliny, aktyny i włókien pośrednich. Stwierdzono również, że co najmniej jedna grupa białek cytoszkieletu bakteryjnego, MinD/ParA, nie ma analogów eukariotycznych.

Bakteryjne homologi aktyny

Najbardziej zbadanymi składnikami cytoszkieletu podobnymi do aktyny są MreB, ParM i MamK.

MreB i jego homologi

Białka MreB i ich homologi są aktynopodobnymi składnikami cytoszkieletu bakteryjnego, które odgrywają ważną rolę w utrzymaniu kształtu komórki, segregacji chromosomów i organizacji struktur błonowych. Niektóre rodzaje bakterii, np Escherichia coli, mają tylko jedno białko MreB, podczas gdy inne mogą mieć 2 lub więcej białek podobnych do MreB. Przykładem tego ostatniego jest bakteria Bacillus subtilis, w którym białka MreB, Mbl ( M Odnośnie B-l ike) i MreBH ( MrB H omolog).

W genomach E coli I B. subtilis gen odpowiedzialny za syntezę MreB znajduje się w tym samym operonie, co geny białek MreC i MreD. Mutacje hamujące ekspresję tego operonu prowadzą do powstawania sferycznych komórek o obniżonej żywotności.

Podjednostki białka MreB tworzą włókna, które owijają się wokół komórki bakteryjnej w kształcie pręcika. Znajdują się one na wewnętrznej powierzchni błony cytoplazmatycznej. Filamenty utworzone przez MreB są dynamiczne, nieustannie podlegają polimeryzacji i depolimeryzacji. Tuż przed podziałem komórki MreB koncentruje się w regionie, w którym powstanie zwężenie. Uważa się, że funkcją MreB jest również koordynacja syntezy mureiny, polimeru ściany komórkowej.

Geny odpowiedzialne za syntezę homologów MreB znaleziono tylko w bakteriach pałeczkowatych i nie znaleziono ich w ziarniakach.

ParM

Białko ParM jest obecne w komórkach zawierających plazmidy o niskiej liczbie kopii. Jego funkcją jest rozcieńczanie plazmidów wzdłuż biegunów komórki. W tym samym czasie podjednostki białkowe tworzą włókna, które są wydłużone wzdłuż głównej osi komórki w kształcie pręcika.

Filament w swojej strukturze jest podwójną helisą. Wzrost włókien utworzonych przez ParM jest możliwy na obu końcach, w przeciwieństwie do włókien aktynowych, które rosną tylko na biegunie ±.

MamK

MamK jest białkiem podobnym do aktyny Magnetospirillum magneticum odpowiada za prawidłowe ustawienie magnetosomów. Magnetosomy to inwazje błony cytoplazmatycznej otaczające cząstki żelaza. Włókno MamK działa jak prowadnica, wzdłuż której magnetosomy są ułożone jeden za drugim. W przypadku braku białka MamK magnetosomy są losowo rozmieszczone na powierzchni komórki.

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Cytoszkielet- jest to rama komórkowa lub szkielet znajdujący się w cytoplazmie żywej komórki. Występuje we wszystkich komórkach eukariotycznych, aw komórkach prokariotycznych znaleziono homologi wszystkich eukariotycznych białek cytoszkieletu. Cytoszkielet jest dynamiczną, zmieniającą się strukturą, której funkcją jest utrzymanie i dostosowanie kształtu komórki do wpływów zewnętrznych, egzo- i endocytozy, zapewnienie ruchu całej komórki, aktywnego transportu wewnątrzkomórkowego i podziałów komórkowych. Cytoszkielet jest tworzony przez białka, istnieje kilka głównych systemów, nazwanych albo według głównych elementów strukturalnych widocznych w badaniach mikroskopii elektronowej (mikrofilamenty, włókna pośrednie, mikrotubule), albo według głównych białek wchodzących w ich skład (aktyna-miozyna układ, keratyny, układ tubulina - dyneina).

cytoszkielet eukariotyczny

filamenty aktynowe (mikrofilamenty)

Mikrofilamenty o średnicy około 7 nm to dwa spiralne łańcuchy monomerów aktyny. Koncentrują się głównie na zewnętrznej błonie komórkowej, ponieważ odpowiadają za kształt komórki i są zdolne do tworzenia wypukłości na powierzchni komórki (pseudopodiów i mikrokosmków). Biorą również udział w interakcjach międzykomórkowych (tworzenie styków adhezyjnych), przekazywaniu sygnałów oraz, razem z miozyną, w skurczu mięśni. Za pomocą miozyn cytoplazmatycznych transport pęcherzykowy może odbywać się wzdłuż mikrofilamentów.

Filamenty pośrednie

mikrotubule

Cytoszkielet prokariontów

Przez długi czas uważano, że tylko eukarionty mają cytoszkielet. Jednak od czasu publikacji z 2001 roku przez Jonesa i in. (), opisujący rolę bakteryjnych homologów aktyny w komórkach Bacillus subtilis rozpoczął się okres aktywnego badania elementów cytoszkieletu bakteryjnego. Do tej pory znaleziono bakteryjne homologi wszystkich trzech typów eukariotycznych elementów cytoszkieletu - tubuliny, aktyny i włókien pośrednich. Stwierdzono również, że co najmniej jedna grupa białek cytoszkieletu bakteryjnego, MinD/ParA, nie ma analogów eukariotycznych.

Bakteryjne homologi aktyny

Najbardziej zbadanymi składnikami cytoszkieletu podobnymi do aktyny są MreB, ParM i MamK.

MreB i jego homologi

Białka MreB i ich homologi są aktynopodobnymi składnikami cytoszkieletu bakteryjnego, które odgrywają ważną rolę w utrzymaniu kształtu komórki, segregacji chromosomów i organizacji struktur błonowych. Niektóre rodzaje bakterii, np Escherichia coli, mają tylko jedno białko MreB, podczas gdy inne mogą mieć 2 lub więcej białek podobnych do MreB. Przykładem tego ostatniego jest bakteria Bacillus subtilis, w którym białka MreB, Mbl ( M Odnośnie B-l ike) i MreBH ( MrB H omolog).

W genomach E coli I B. subtilis gen odpowiedzialny za syntezę MreB znajduje się w tym samym operonie, co geny białek MreC i MreD. Mutacje hamujące ekspresję tego operonu prowadzą do powstawania sferycznych komórek o obniżonej żywotności.

Podjednostki białka MreB tworzą włókna, które owijają się wokół komórki bakteryjnej w kształcie pręcika. Znajdują się one na wewnętrznej powierzchni błony cytoplazmatycznej. Filamenty utworzone przez MreB są dynamiczne, nieustannie podlegają polimeryzacji i depolimeryzacji. Tuż przed podziałem komórki MreB koncentruje się w regionie, w którym powstanie zwężenie. Uważa się, że funkcją MreB jest również koordynacja syntezy mureiny, polimeru ściany komórkowej.

Geny odpowiedzialne za syntezę homologów MreB znaleziono tylko w bakteriach pałeczkowatych i nie znaleziono ich w ziarniakach.

ParM

Białko ParM jest obecne w komórkach zawierających plazmidy o niskiej liczbie kopii. Jego funkcją jest rozcieńczanie plazmidów wzdłuż biegunów komórki. W tym samym czasie podjednostki białkowe tworzą włókna, które są wydłużone wzdłuż głównej osi komórki w kształcie pręcika.

Filament w swojej strukturze jest podwójną helisą. Wzrost włókien utworzonych przez ParM jest możliwy na obu końcach, w przeciwieństwie do włókien aktynowych, które rosną tylko na biegunie ±.

MamK

MamK jest białkiem podobnym do aktyny Magnetospirillum magneticum odpowiada za prawidłowe ustawienie magnetosomów. Magnetosomy to inwazje błony cytoplazmatycznej otaczające cząstki żelaza. Włókno MamK działa jak prowadnica, wzdłuż której magnetosomy są ułożone jeden za drugim. W przypadku braku białka MamK magnetosomy są losowo rozmieszczone na powierzchni komórki.

homologi tubuliny

Obecnie u prokariontów znaleziono dwa homologi tubuliny: FtsZ i BtubA/B. Podobnie jak eukariotyczna tubulina, białka te mają aktywność GTPazy.

FtsZ

Białko FtsZ jest niezwykle ważne w procesie podziału komórek bakteryjnych, występuje u prawie wszystkich eubakterii i archeonów. Również homologi tego białka znaleziono w plastydach eukariotycznych, co jest kolejnym potwierdzeniem ich symbiotycznego pochodzenia.

FtsZ tworzy tzw. Z-ring, który pełni rolę rusztowania dla dodatkowych białek podziału komórkowego. Razem tworzą strukturę odpowiedzialną za powstawanie przewężenia (septy).

BtubA/B

W przeciwieństwie do szeroko rozpowszechnionego FtsZ, białka te występują tylko w bakteriach z rodzaju Prosthecobacter. W swojej budowie są bliższe tubulinie niż FtsZ.

Crescentin, homolog białek filamentów pośrednich

Białko zostało znalezione w komórkach Caulobacter crescentus. Jego funkcją jest dawanie komórek C. półksiężyc formy wibracyjne. W przypadku braku ekspresji genu crescentin w komórce C. półksiężyc przybrać postać kija. Co ciekawe, komórki podwójnych mutantów, crescentin − i MreB − , mają kulisty kształt.

MinD i ParA

Białka te nie mają homologów wśród eukariontów.

MinD odpowiada za położenie miejsca podziału w bakteriach i plastydach. ParA bierze udział w podziale DNA na komórki potomne.

Zobacz też

Napisz recenzję artykułu „Cytoszkielet”

Notatki

Fragment charakteryzujący cytoszkielet

Salon Anny Pawłownej zaczął się stopniowo zapełniać. Przybyła najwyższa szlachta Petersburga, ludzie najróżniejszego wieku i charakteru, ale tacy sami w społeczeństwie, w którym wszyscy żyli; przybyła córka księcia Wasilija, piękna Helena, która wezwała ojca, aby poszedł z nim na ucztę posła. Miała na sobie szyfr i suknię balową. Znana również jako la femme la plus seduisante de Petersbourg [najbardziej urocza kobieta w Petersburgu], młoda, mała księżniczka Bołkonska, która wyszła za mąż zeszłej zimy i teraz nie wyszła w wielki świat z powodu ciąży, ale w małe wieczory, również przyjeżdżał. Książę Hipolit, syn księcia Wasilija, przybył z Mortemarem, którego przedstawił; Przybył także Abbé Morio i wielu innych.
- Jeszcze tego nie widziałeś? albo: - nie znasz ma tante [z ciocią]? - powiedziała Anna Pawłowna do gości i bardzo poważnie poprowadziła ich do małej staruszki w wysokich ukłonach, która wypłynęła z innego pokoju, gdy tylko goście zaczęli przybywać, zawołała ich po imieniu, powoli odwracając wzrok od gość do ma tante [ciotki], a potem odszedł.
Wszyscy goście przeprowadzili ceremonię powitania nikomu nieznanej, nieciekawej i niepotrzebnej cioci. Anna Pawłowna wysłuchała ich pozdrowień ze smutnym, uroczystym współczuciem, milcząco je aprobując. Ma tante mówiła do wszystkich jednakowo o swoim zdrowiu, o swoim zdrowiu io zdrowiu Jej Królewskiej Mości, które dzisiaj dzięki Bogu było lepsze. Wszyscy, którzy się zbliżali, nie okazując pośpiechu z przyzwoitości, z poczuciem ulgi po ciężkim spełnionym obowiązku, odsuwali się od staruszki, by nie chodzić do niej przez cały wieczór.
Młoda księżniczka Bolkonskaya przybyła z pracą w haftowanej złotej aksamitnej torbie. Jej ładny, z lekko sczerniałym wąsikiem, górna warga była krótka w zęby, ale otwierała się tym ładniej i czasem jeszcze ładniej się rozciągała i opadała na dolną. Jak zawsze u całkiem atrakcyjnych kobiet, jej krótkie usta i półotwarte usta wydawały się jej cechą szczególną, a właściwie jej urodą. Wszyscy z radością patrzyli na tę śliczną przyszłą mamę, pełną zdrowia i wigoru, która tak łatwo znosiła swoją sytuację. Starcom i znudzonym, ponurym młodzieńcom, którzy na nią patrzyli, wydawało się, że sami upodabniają się do niej po tym, jak byli i rozmawiali z nią przez jakiś czas. Każdy, kto z nią rozmawiał i widział przy każdym słowie jej promienny uśmiech i lśniące białe zęby, które były stale widoczne, uważał, że jest dziś szczególnie sympatyczny. I tak wszyscy myśleli.
Księżniczka, kołysząc się, obeszła stół małymi, szybkimi kroczkami z workiem roboczym na ramieniu i wesoło poprawiając suknię, usiadła na sofie obok srebrnego samowara, jakby wszystko, co robiła, było part de plaisir [rozrywka ] dla niej i dla wszystkich wokół niej.
- J „ai apporte mon ouvrage [złapałam tę robotę]”, powiedziała, rozkładając torebkę i zwracając się do wszystkich razem.
– Posłuchaj, Annette, ne me jouez pas un mauvais tour – zwróciła się do gospodyni. - Vous m "avez ecrit, que c" etait une toute petite soiree; voyez, comme je suis attifee. [Nie rób mi złych żartów; napisałeś mi, że miałeś bardzo mały wieczór. Zobacz, jak źle jestem ubrany.]
I rozłożyła ręce, by pokazać jej koronkową, elegancką szarą suknię, przepasaną szeroką wstążką nieco poniżej piersi.
- Soyez uspokoić, Lise, vous serez toujours la plus jolie [Bądź spokojny, będziesz najlepszy] - odpowiedziała Anna Pavlovna.
- Vous savez, mon mari m "abandonne," ciągnęła tym samym tonem, odnosząc się do generała, "il va se faire tuer. Dites moi, pourquoi cette vilaine guerre, [Wiesz, mój mąż mnie opuszcza. jego śmierć. Powiedz, dlaczego ta paskudna wojna] - powiedziała do księcia Wasilija i nie czekając na odpowiedź, zwróciła się do córki księcia Wasilija, do pięknej Heleny.
- Quelle delicieuse personne, que cette petite princesse! [Jaka urocza osoba jest ta mała księżniczka!] - powiedział cicho książę Wasilij do Anny Pawłownej.
Wkrótce za małą księżniczką wszedł masywny, krępy młodzieniec z ostrzyżoną głową, w okularach, w modnych wówczas lekkich spodniach z wysoką falbaną, w brązowym fraku. Ten gruby młodzieniec był nieślubnym synem szlachcica słynnej Katarzyny, hrabiego Bezuchoja, który właśnie umierał w Moskwie. Nigdzie jeszcze nie służył, dopiero co przyjechał z zagranicy, gdzie się wychował i po raz pierwszy znalazł się w towarzystwie. Anna Pawłowna powitała go ukłonem, który należał do ludzi najniższej hierarchii w jej salonie. Ale mimo tego podrzędnego powitania Anna Pawłowna na widok wchodzącego Pierre'a okazała niepokój i strach, podobny do tego, który wyraża się na widok czegoś zbyt wielkiego i niezwykłego jak na miejsce. Chociaż rzeczywiście Pierre był nieco większy od innych mężczyzn w pokoju, ale ten strach mógł odnosić się tylko do tego inteligentnego, a jednocześnie nieśmiałego, uważnego i naturalnego wyglądu, który wyróżniał go spośród wszystkich w tym salonie.

- jest to układ struktur włóknistych, co najważniejsze są to uporządkowane polimery białek tej samej klasy, które występują w komórkach bakterii i archeonów. Wszystkie badane (od 2006 roku) białka cytoszkieletu bakteryjnego są zdolne do samoorganizacji w długie włókna. in vitro.

Cytoszkielet prokariotów został po raz pierwszy odkryty na początku lat 90. XX wieku, kiedy odkryto, że prawie wszystkie bakterie i większość archeonów zawiera białko FtsZ, które jest homologiem tubuliny i może polimeryzować w włókna tworzące pierścień (pierścień Z) podczas podziału komórki. Później odkryto także prokariotyczne homologi aktyny. Odkrycia te zmieniły pogląd, że brak cytoszkieletu jest najważniejszym powodem mniejszych rozmiarów i prostszej organizacji prokariotów w porównaniu z eukariontami. Z drugiej strony obecnie przyjmuje się, że względna prostota bakterii i archeonów związana jest z obecnością białek motorycznych (przynajmniej dotychczas ich nie odkryto), które „chodzą” po włóknach cytoszkieletu i dostarczają transport dla różnych struktur, a także dla poruszania się całej komórki.

Obecność homologów aktyny i tubuliny u prokariotów sugeruje, że te dwie klasy białek wiążących nukleotydy, które mogą tworzyć psie włókna, powstały w procesie ewolucji dość dawno, jeszcze przed pojawieniem się eukariontów. Jednak organizmy jądrowe i niejądrowe wykorzystują je inaczej, na przykład homolog tubuliny FtsZ bierze udział w cytokinezie bakteryjnej, podczas gdy filamenty aktynowe pełnią tę funkcję u eukariontów, przeciwnie, homologi aktyny biorą udział w różnicy między cząsteczkami DNA podczas podziału w bakterie i mikrotubule u eukariontów, z tubuliną tworzącą wrzeciono podziału. Ponadto u prokariotów znaleziono co najmniej jedną klasę białek, które można uznać za homologi białek filamentów pośrednich oraz jedną klasę białek cytoszkieletu - ATPazę typu Walker A (WACA - MinD i PraA), które nie mają odpowiedników u eukariontów.

homologi aktyny

Jonesa w 2001 r Jonesa) i spivrobintniki odkryli, że bakteria Bacillus subtilis obecne są białka homologiczne do aktyny, które tworzą długie helikalne struktury. Odkrycie to dało początek intensywnemu rozwojowi badań w dziedzinie cytoszkieletu prokariotów, w wyniku których odkryto wiele innych homologów aktyny. Wszystkie te białka charakteryzują się obecnością domeny ATPazy aktynowej. Większość z nich, podobnie jak aktyna u eukariontów, jest częścią cytoszkieletu, ale niektóre pełnią inne funkcje, takie jak FtsA biorący udział w podziale komórki, białko opiekuńcze DnaK i heksokinaza. Bakteryjne homologi aktyny mają podobną strukturę przestrzenną, ale w większości różnią się dość silnie sekwencją aminokwasową (5-10% identyczności). Ponadto białka te mają doskonałe właściwości dynamiki polimeryzacji i właściwości tworzonych przez nie włókien. Oczywiście, w przeciwieństwie do eukariontów, które wykorzystują tę samą aktynę do różnych potrzeb komórki, bakterie mają wiele wariantów takich białek, z których każdy jest wyspecjalizowany do pełnienia odrębnej funkcji.

MreB i jego homologi

mreb (angielski) M grupa wodzy B) i jego homologi - białka są powszechne wśród bakterii, które mają kształt pręta lub spirali i nie występują w ziarniakach. Niektóre bakterie, np Escherichia coli I Caulobacter crescentus, zawierające tylko gen białka MreB, podczas gdy inne w szczególności Bacillus subtilis, oprócz tego geny jego homologów Mbl (ang. M ponownie B — tak jak) i MreBH MreB h omolog). Białka te zapewniają utrzymanie pręcikowatego kształtu komórki, jej polarności, a także różnic w kopiach bakteryjnego DNA podczas podziału.

Struktura i dynamika filamentów MreB i ich homologów

na żywo Białko MreB i jego homologi tworzą długie spiralne włókna rozmieszczone wzdłuż komórki bakteryjnej, które można łączyć w mocne i dość elastyczne pęczki. Filamenty takie są strukturami dynamicznymi, ich okres półtrwania zwykle nie przekracza kilku minut. Ponadto, w szczególności u niektórych gatunków C. półksiężyc I Rhodobacter sphaeroides Filamenty MreB zmieniają swoje położenie podczas cyklu komórkowego: podczas podziału skupiają się w centralnej części komórki i tworzą pierścień. Ponieważ jednak mutanty delecyjne mreB nie tracą zdolności do ulegania cytokinezie, wydaje się, że białko MreB nie jest niezbędne do tego procesu.

Jak pokazano w eksperymentach na białkach bakteryjnych Termotoga morska Jednostki monomeryczne MreB są zdolne do samoorganizacji in vitro w długie liniowe włókna, które składają się z dwóch protofilamentów ułożonych równolegle. Tak więc, zgodnie ze strukturą włókien MreB, różnią się one F-aktyną, utworzoną przez dwa spiralnie skręcone wokół siebie łańcuchy. Polimeryzacja MreB wymaga obecności ATP w pożywce, ale przebiega równie dobrze w obecności GTP (w przeciwieństwie do aktyny, która polimeryzuje tylko w obecności ATP). Wynika to z faktu, że nowe podjednostki są włączane do polimeru tylko w postaci związanej z trójfosforanem nukleotydu, później następuje hydroliza związanego ATP lub GTP odpowiednio do ADP lub GDP.

Funkcje MreB i jego homologów

Jedną z głównych funkcji filamentów MreB i homologicznych białek jest utrzymanie pręcikowatego lub spiralnego kształtu komórki bakteryjnej. Mutacje zaburzające ekspresję tych białek skutkują wyraźną zmianą kształtu bakterii (z reguły zamieniają się one w komórki zaokrąglone lub w przypadku Mbl w komórki o nieregularnym kształcie). Filamenty MreB NIE służą jednak bezpośrednio jako rusztowanie dla kształtu komórki, z kolei ułożone spiralnie wzdłuż niego są miejscami przyłączania enzymów syntetyzujących peptydoglikan ściany komórkowej. W ten sposób regulują one charakter osadzania się nowych pierwiastków w otoczce bakterii, co w rzeczywistości jest czynnikiem decydującym o utrzymaniu stałego kształtu. Podobnie mikrotubule komórki roślinnej wpływają na jej kształt poprzez kierowanie inkluzji cząsteczek celulozy do ściany komórkowej. U wielu bakterii (m.in E coli I B.subtilis) gen mreB jest częścią operonu, który zawiera również geny mreC I mrD. Ten operon jest zawarty w dużej grupie genów wymaganych do biosyntezy peptydoglikanu. Produkty genów mreC I mrD są białkami błony wewnętrznej bakterii Gram-ujemnych, oddziałują z białkiem MreB i uczestniczą w organizacji jego kompleksu z enzymami biorącymi udział w biosyntezie murein, takimi jak transpeptydaza mureinowa PBP2. Kompleks ten obejmuje również białka transbłonowe RodZ i RodA.

Filamenty MreB są również zaangażowane w określanie pewnych aspektów polarności komórek, w szczególności stężenia na jednym lub obu biegunach niektórych białek, takich jak białka odpowiedzialne za chemotaksję, ruchliwość, wydzielanie i zjadliwość.

Inną funkcją MreB i jego homologów jest udział w różnicowaniu kopii chromosomu bakteryjnego podczas podziału. Wśród mutantów, w których to białko jest nieobecne, znaleziono komórki z kilkoma nukleoidami w cytoplazmie, a także komórki, które nie miały chromosomów. Miejscem przyłączenia białek MreB do bakteryjnego DNA jest punkt oriC, przyłączenie następuje bezpośrednio lub przy udziale innych białek. Po podziale włókna cytoszkieletu zapewniają różnice w punktach oriC dwóch kopii DNA na przeciwległych końcach komórki; mechanizm tego procesu nie został jeszcze wyjaśniony (2006). Nie wiadomo również, w jaki sposób zachodzi segregacja chromosomów w ziarniakach pozbawionych genu mreB i jego homologi.

Separacja białek plazmidów ParM

Wiele plazmidów bakteryjnych o niskiej liczbie kopii (~ 1-5 kopii) ma specjalne systemy, które zapewniają ich różnice po replikacji. Mechanizmy te są niezbędne, aby każda z komórek potomnych otrzymała po podziale co najmniej jedną cząsteczkę plazmidowego DNA. Istnieją trzy typy systemów, które zapewniają różnice w plazmidach o niskiej liczbie kopii, z których każdy wykorzystuje inne białka motoryczne (typ I - ATPazy typu A Walkera lub białka podobne do ParA, typ II - homologi tubuliny lub białka w kształcie TubZ, typ III - homologi aktyny lub białka o kształcie ParM). Białko ParM (z ang. Par silnik pozycjonujący) został po raz pierwszy odkryty w badaniu plazmidu R1 E coli. Ten system segregacji plazmidowego DNA jest teraz lepiej poznany. Podobny system stwierdzono w innych plazmidach, w szczególności tych odpowiedzialnych za rozprzestrzenianie się oporności wielolekowej. oporność wielolekowa).

Struktura i dynamika włókien ParM

Podobnie jak wszystkie elementy cytoszkieletu, włókna ParM składają się z monomerycznych podjednostek białkowych. Podjednostki te są zdolne do polimeryzacji in vitro w obecności ATP lub GTP. Powstałe włókna składają się z dwóch skręconych wokół siebie protofilamentów (struktura jest podobna do F-aktyny). W żywych komórkach monomery ParM tworzą długie nierozgałęzione włókna, które znajdują się wzdłuż osi bakterii. W przeciwieństwie do aktyny i MreB oraz ich analogów, ParM nie tworzy wiązek.

Polimeryzacja i dysocjacja monomerów ParM zależy od dodania i hydrolizy ATP. Nowe podjednostki są włączane do włókien w postaci związanej z ATP, a przyłączenie może wystąpić na obu końcach włókien. Równocześnie z włączeniem nowej podjednostki ParM-ATP następuje hydroliza ATP w ostatniej przyłączonej cząsteczce białka. Zatem cały filament składa się z białek ParM-ADP, a dopiero na końcach znajdują się podjednostki ParM-ATP, które „KEPU” stabilizują całą strukturę.

W przypadku braku odpowiedniego plazmidu włókna ParM kontynuują polimeryzację, aż osiągną określoną długość krytyczną. Potem bardzo szybko zaczynają się dysocjować, a tempo tego procesu jest około 100 razy większe niż w przypadku F-aktyny, czyli obserwuje się tzw. niestabilność dynamiczną, według której pierwiastki te bardziej przypominają mikrotubule eukariotyczne .

Zasada działania filamentów ParM

Gen parM wchodzi do lokalu par plazmid R1, oprócz niego, zawiera również sekcję ParC(z angielskiego. entromer C), który pełni rolę podobną do centromeru w chromosomach eukariotycznych, a także genu parr, którego iloczynem jest ParR (z ang. represor) dołącza do sekcji ParC i autoreguluje transkrypcję locus par, a także służy jako adapter do przyłączania białka ParM.

Po replikacji plazmidu R1 do obu jego kopii w regionie ParC przyłączone jest białko ParR. W tym stanie może wiązać i stabilizować włókna ParM, które są stale składane i rozkładane w cytoplazmie. Następnie włókna polimerowe ParM zaczynają żuć, przyczepiając nowe monomery na każdym końcu. Procesowi temu towarzyszy hydroliza ATP. Ze względu na wydłużenie włókien, dwa plazmidy, które są przyczepione do jego krawędzi, dzielą się w różnych kierunkach, aż dotrą do biegunów komórki. Następnie następuje dysocjacja polimeru ParM.

Białko organizujące magnetosom MamK

Inny prokariotyczny homolog aktyny, MamK, bierze udział w organizacji błon magnetosomów. Magnetosomy to związane z błoną organelle bakterii z rodzajów magnetospirillum I magnetokoki, zawierające kryształy magnetytu i ułatwiające bakteriom poruszanie się w polu geomagnetycznym. W komórce magnetosomy ułożone są w rzędzie, dzięki czemu mogą pełnić funkcję igły magnetycznej. Taki układ zapewniają włókna białka MamK, do których przyłączone są błoniaste pęcherzyki.

homologi tubuliny

Większość prokariotów ma również homologi tubuliny eukariotycznej, która tworzy mikrotubule. Najlepiej zbadanym z tych homologów jest blilock FtsZ zaangażowany w cytokinezę. Tubulina i FtsZ mają raczej niewielką identyczność w sekwencji aminokwasowej, tylko domena GTPazy jest konserwowana, ale są podobne w strukturze przestrzennej. Również u niektórych przedstawicieli bakterii i archeonów znaleziono inne homologi tubuliny: na przykład BtubA / BtubB Prosthebacter dejoneii, a także TubZ i RepX, kodowane przez geny plazmidowe bakterii z rodzaju bakcyl.

Pierścień FtsZ i Z

FtsZ (FtsZ) F wrażliwy na temperaturę mutant Z) jest jednym z pierwszych białek cytoszkieletu zidentyfikowanych u prokariotów. Występuje w komórkach prawie wszystkich badanych bakterii i archeonów, a także w organellach eukariotycznych pochodzących od prokariotów, w szczególności plastydów. Białko to bierze udział w tworzeniu pierścienia Z, zapewnia cytokinezę podczas podziału komórki. Oprócz FtsZ w proces ten zaangażowana jest również duża liczba białek pomocniczych, w szczególności biorących udział w syntezie ściany komórkowej bakterii.

Struktura i dynamika włókien FtsZ

Tworzą się monomery FtsZ in vitro protofilamenty, składające się z jednego rzędu tych białek. Protofilamenty NIE łączą się w struktury przypominające mikrotubule, chociaż czasami tworzą wiązki lub arkusze. FtsZ polimeryzuje w aktywnej postaci związanej z GTP, jednak w przeciwieństwie do tubuliny, białko to zwykle nie hydrolizuje GTP po jego włączeniu do protofilamentu. Tak więc, w przeciwieństwie do protofilamentów mikrotubul, które prawie w całości składają się z tubuliny GDP i mają na końcach tylko czapeczki tubuliny GTP, stosunek podjednostek związanych z GTP do podjednostek związanych z GDP w protofilamentach FtsZ wynosi 80:20.

W pewnych warunkach w protofilamentach FtsZ może zachodzić hydroliza GTP; w tym przypadku ich kształt zmienia się głównie z prostego na zakrzywiony, a polimer ulega destabilizacji, w wyniku czego może się rozkładać do monomerów. Protofilamenty FtsZ są strukturami dynamicznymi, stale wymieniają podjednostki z pulą wolnych monomerów.

Struktura pierścienia Z

Część białka FtsZ w komórce bierze udział w tworzeniu pierścienia Z, podczas gdy reszta znajduje się w cytoplazmie w postaci monomerycznej lub w postaci krótkich włókien. Jak pokazano za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej (przy użyciu znakowanych przeciwciał lub FtsZ połączonego z GFP), pierścień Z jest wyraźnie widoczny w środku większości komórek. Podczas podziału komórki kurczy się, umożliwiając w ten sposób cytokinezę. Równocześnie z redukcją pierścienia Z w komórce macierzystej FtsZ zaczyna polimeryzować w centrum komórek potomnych.

Pierścień Z nie składa się z jednego FtsZ zamkniętego w protofilamencie, jak wykazały liczne badania, ilość monomerów FtszZ w pierścieniu Z jest wystarczająca do wykonania około 2,5 obrotu wokół wewnętrznej średnicy komórki. Ponieważ poszczególne protofilamenty FtsZ są znacznie krótsze niż obwód komórki, zaproponowano model budowy pierścienia Z, zgodnie z którym składa się on z dużej liczby zachodzących na siebie krótkich protofilamentów. Model ten został potwierdzony danymi uzyskanymi za pomocą kriotomografii elektronicznej. Istnieją jednak również alternatywne modele struktury pierścienia Z, z których jeden zakłada, że ​​protofilamenty FtsZ oddziałują na siebie od końca do końca i tworzą ciągłą helisę.

Aby umożliwić cytokinezę, pierścień Z musi być w jakiś sposób przymocowany do błony plazmatycznej. U większości bakterii tę rolę pełni białko piintegralne FtsA i białko transbłonowe ZipA, których domeny cytoplazmatyczne są przyłączone do FtsZ.

Modele funkcjonowania Z-ringu podczas cytokinezy

Mechanizm, za pomocą którego pierścień Z kurczy się podczas cytokinezy, jest nadal niejasny. Było kilka hipotez, opisanych powyżej:

• Model kucia: ponieważ jest prawdopodobne, że pierścień Z jest związany z protofilamentami, które mogą oddziaływać bocznie, podobnie jak eukariotyczna aktyna i miozyna, zakłada się, że istnieje specyficzne białko motoryczne, które może zapewnić przesuwanie się tych protofilamentów względem siebie. W miarę postępu tego procesu FtsZ również ulega depolimeryzacji, dlatego pierścień Z skraca się i ciągnie za sobą błonę plazmatyczną. Główną wadą tego modelu jest to, że u żadnego z gatunków bakterii nie znaleziono takich białek motorycznych.
• Model „ramowy”: Protofilamenty FtsZ mogą odgrywać bierną rolę w cytokinezie. Zgodnie z tym modelem przyciągają one jedynie enzymy syntezy ściany komórkowej do miejsca, w którym ma nastąpić cytokineza. Osadzone nowe warstwy peptydoglikanu zapewniają wbudowanie błony plazmatycznej, w wyniku czego pierścień Z zostaje skręcony. Model ten nie jest w stanie wyjaśnić mechanizmu cytokinezy, w szczególności u prątków Prątek gruźlicy, w którym peptydoglikan jest na ogół nieobecny w ścianie kiltyny.
• Model „powtarzalnego ściskania”.- najbardziej rozpoznawalny w chwili obecnej. Mechanizm ten nie obejmuje udziału żadnych białek motorycznych, ale sugeruje, że same protofilamenty FtsZ mogą generować siłę niezbędną do cytokinezy. Uważa się, że włókna w pierścieniu Z są przyłączone do błony cytoplazmatycznej w postaci związanej z GTP, w którym to przypadku mają konformację prostą. Następnie zachodzi w nich hydroliza GTP, która prowadzi do wygięcia włókien. Kiedy tak się dzieje, błona komórkowa, przyczepiona do włókien przez białka FtsA lub ZipA, nieco się wygina. Ta sekwencyjna kompresja błony prowadzi do cytokinezy. Tylko jej ostatnie stadia nie mogą przebiegać zgodnie z tym mechanizmem i być może przebiegają bez udziału białka FtsZ.

Inne homologi tubuliny

Sekwencjonowanie genomów wielu bakterii ujawniło pewne białka podobne do tubuliny, które różnią się od FtsZ. Szczególnie u bakterii Prosthebacter dejonii znaleziono dwa białka BtubA i BtubB. B tuba bakteryjna), które są homologami odpowiednio tubuliny α i β. Podczas polimeryzacji w obecności GTP tworzą heterodimer, podobnie jak tubulina α i β. Funkcja tych białek jest obecnie nieznana.

Co ciekawe, białka te są znacznie bliższe sekwencji aminokwasowej tubulinom eukariotycznym niż ich prokariotycznemu homologowi FtsZ. Uważa się, że bakteria P. dejonii otrzymali geny dla tych białek w wyniku transferu poziomego od eukariontów.

Inną klasę homologów tubuliny znaleziono w dużych plazmidach bakterii z rodzaju bakcyl, zokema:

• Białko Wanna Z Bacillus thuringiensis kodowany przez geny plazmidu pBtoxis;
• Białko RepX jest kodowane w plazmidzie pX01 Bacillus anthracis.

Oba te białka są zdolne do tworzenia długich włókien w wyniku polimeryzacji w obecności GTP i są wymagane do stabilnego utrzymania odpowiedniego plazmidu w komórce. Mogą być zaangażowane w segregację kopii plazmidu, replikację plazmidu lub oba.

Crescentin jest homologiem białek filamentów pośrednich

Crescentin jest pośrednim białkiem filamentu występującym w bakteriach Caulobacter crescentus i inne bakterie z tego rodzaju. Białko to utrzymuje długą, zakrzywioną, włóknistą strukturę, która biegnie wzdłuż wewnętrznej krawędzi bakterii podobnej do komo i zapewnia utrzymanie tego kształtu. Pod nieobecność półksiężyca bakterie stają się kriopodobne, ale nie tracą witalności.Krescentyna ma 25% identyczności i 40% homologii w sekwencji aminokwasowej z eukariotycznymi białkami pośrednimi włókienek, a także podobną organizacją domen białkowych - w szczególności , obecność centralnej domeny podwójnej helisy (eng. spiralna cewka). Polimeryzacja monomerów półksiężyca, podobnie jak eukariotycznych białek filamentów pośrednich, przebiega bez użycia nukleotydów. Zastanawiam się, co kształtować C. półksiężyc oprócz półksiężyca wymagany jest również homolog aktyny MreB; pod jego nieobecność komórki stają się kuliste pomimo obecności półksiężyca.

Cytoszkieletowa ATPaza typu Walker A

Oprócz homologów eukariotycznej aktyny, tubuliny i białek filamentów pośrednich, składniki cytoszkieletu znaleziono również w bakteriach, które nie mają analogów w komórkach jądrowych. W szczególności są to białka WACA (ang. Walker ATPaza cytoszkieletu- cytoszkieletowa ATPaza typu Walkera A), należąca do funkcjonalnie heterogennej rodziny ATPaz, posiadająca konserwatywnie nieprawidłową domenę Walkera A w swojej strukturze i dimeryzująca w obecności ATP.

Białka WACA w postaci związanej z ATP mogą tworzyć polimery na pewnych powierzchniach, takich jak błona komórkowa, i są uważane za elementy cytoszkieletu. Do tej klasy zalicza się białko MinD, które bierze udział w określaniu miejsca, w którym nastąpi cytokineza podczas separacji, oraz białka ParA, Soj, a także SopA i ParF, które zapewniają różnice (segregację) kopii plazmidu i chromosomu bakteryjnego. Chociaż pełnią różne funkcje, białka te mają bardzo podobną strukturę przestrzenną i wysoki poziom homologii sekwencji aminokwasowych. Wszystkie WACA są zdolne do hydrolizy ATP, ich aktywność katalityczna jest regulowana przez interakcję z białkami aktywującymi: dla MinD jest to białko MinE, a dla ParA, białko wiążące DNA ParB. Ponadto tę rodzinę białek łączy fakt, że za wszystkimi z nich obserwuje się dynamiczne zachowanie. na żywo: spolimeryzowane formy tych białek oscylują między pewnymi regionami komórkowymi. Na przykład MinD polimeryzują najpierw na jednym biegunie komórki, a następnie na drugim, czas trwania takiego cyklu wynosi 40-50 sekund. Białka ParA i Soj oscylują głównie między dwoma nukleoidami przed rozszczepieniem, a ich „skokowe” odstępy czasu są mniej regularne (od kilku minut do godziny).

systemu MinCDE

Mechanizm oscylacji można lepiej zrozumieć na przykładzie systemu MinCDE, w skład którego wchodzi WACA MinD. System ten jest niezbędny komórce do dokładnego umieszczenia Z-ringu w centralnej części dla prawidłowego przejścia cytokinezy. Zawiera trzy białka:

• MinC, inhibitor polimeryzacji FtsZ;
• MinD - białko cytoszkieletu WACA, które polimeryzuje na błonie cytoplazmatycznej;
• MinE jest białkiem, które stymuluje aktywność hydrolityczną MinD.

W E coli system ten działa w następujący sposób: po dodaniu cząsteczki ATP MinD polimeryzuje na błonie plazmatycznej, tworząc spirale. W tej aktywowanej formie wiąże się z białkiem MinC, co hamuje tworzenie pierścienia Z w tym konkretnym miejscu. MinD-ATP może również oddziaływać z MinE, co stymuluje hydrolizę ATP, po czym inaktywowany MinD odłącza się od błony i może dysocjować w innym miejscu. Rozpada się głównie do przeciwległego bieguna komórki, gdzie nie ma białka MinE, tam rozpoczyna się polimeryzacja nowego kompleksu, która trwa aż do zakończenia depolimeryzacji starego. A kiedy zaczyna się kończyć, białko MinE jest uwalniane i zaczyna „niszczyć” nowo powstały kompleks MinD/MinC. Tak więc kompleks ten „przeskakuje” z jednego bieguna na drugi z częstotliwością 40-50 minut i nie wpływa tylko na centralny obszar, w którym zachodzi tworzenie pierścienia Z, ponieważ nic go tam nie tłumi.

Chociaż MinD jest bardzo konserwatywnym białkiem wśród prokariotów, funkcjonuje inaczej u różnych gatunków, np B. subtilis nie występuje oscylacja: MinD jest trwale przymocowany do biegunów komórkowych przez inne białko DivIVA. Ponadto bakterie mają „rezerwowe” mechanizmy przestrzennej regulacji cytokinezy, które działają nawet przy braku MinCDE, na przykład mechanizm „unikania nukleoidów”: tworzenie pierścienia Z jest tłumione w pobliżu nukleoidu.

W niektórych bakteriach zarówno system MinCDE, jak i mechanizm „unikania nukleoidów” są całkowicie nieobecne, na przykład w C. półksiężyc miejsce cytokinezy określa białko MipZ (podobnie jak ParA). Białko to polimeryzuje w pobliżu punktu ori, a także hamuje tworzenie pierścienia Z.

Wykorzystane źródła

1. Shih YL, Rothfield L (2006). Cytoszkielet bakteryjny. Microbiol Mol Biol Rev 70. Z. 729-54. doi: 10.1128/MMBR.00017-06. PMID 16959967.
2. Bi EF, Lutkenhaus J (1991). Struktura pierścienia FtsZ związana z podziałem w Escherichia coli. Natura 354. Z. 161-4. doi: 10.1038 / 354161a0. PMID 1944597.
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2007). Biologia molekularna komórki(wyd. 5). Nauka girlandy. ISBN 978-0-8153-4105-5 .
4. Gitaj Z (2005). Nowa biologia komórki bakteryjnej: ruchome części i architektura subkomórkowa. komórka 120.
5. Gerdes K. (2009). RodZ, nowy gracz w morfogenezie komórek bakteryjnych. Dziennik EMBO 28. Z. 171 - 172. doi: 10.1038 / emboj.2008.287. PMID 19194484.
6. Salje J, Gayathri P, Lowe J (2005). System ParMRC: molekularne mechanizmy segregacji plazmidów przez włókna aktynopodobne. komórka 120. Z. 577-86. doi: 10.1016 / j.cell.2005.02.026. PMID 15766522.
7. Taoka A, Asada R, Wu LF, Fukumori Y (2007). Polimeryzacja aktynopodobnego białka MamK, które jest związane z magnetosomami. Bakteriol J 189. Z. 8737-40. doi: 10.1128 / JB.00899-07. PMID 17905974.
8. Thanbichler M, Shapiro L (2008). Organizowanie się - jak komórki bakteryjne przemieszczają białka i DNA. Nat Rev Microbiol 6. Z. 28-40. doi:10.1038/nrmicro1795. PMID 18059290.
9. Pogliano J. („Cytoszkielet bakteryjny. Curr Opin Cell Biol 20. Z. 19-27. doi: 10.1016 / j.ceb.2007.12.006. PMID 18243677.
10. Erickson HP, Anderson DE, Osawa M (2010). FtsZ w bakteryjnej cytokinezie: cytoszkielet i generator siły w jednym. Microbiol Mol Biol Rev 74. Z. 504-28. doi: 10.1128/MMBR.00021-10. PMID 21119015.
11. Li Z, Trimble MJ, Brun YV, Jensen GJ (2007). Struktura włókien FtsZ in vivo sugeruje rolę generującą siłę w podziale komórki. EMBO J 26. Z. 4694-708. doi:10.1038/sj.emboj.7601895. PMID 17948052.

Plan:

Wstęp

• 1 cytoszkielet eukariotyczny
  • 1.1 filamenty aktynowe (mikrofilamenty)
  • 1.2 Filamenty pośrednie
  • 1.3 Mikrotubule
• 2 Cytoszkielet prokariontów
  • 2.1 Bakteryjne homologi aktyny
    • 2.1.1 MreB i jego homologi
    • 2.1.2 ParM
    • 2.1.3 MamK
  • 2.2 homologi tubuliny
    • 2.2.1 FtsZ
    • 2.2.2 BtubA/B
  • 2.3 Crescentin, homolog białek filamentów pośrednich
  • 2.4 MinD i ParA
Notatki

Wstęp

cytoszkielet eukariotyczny. Mikrofilamenty aktyny są zabarwione na czerwono, mikrotubule na zielono, jądra komórkowe na niebiesko.

Cytoszkielet- jest to rama komórkowa lub szkielet znajdujący się w cytoplazmie żywej komórki. Występuje we wszystkich komórkach zarówno eukariontów, jak i prokariotów. Jest to dynamiczna, zmieniająca się struktura, której funkcje obejmują utrzymanie i dostosowanie kształtu komórki do wpływów zewnętrznych, egzo- i endocytozę, zapewnienie ruchu komórki jako całości, aktywny transport wewnątrzkomórkowy i podział komórki.

Filamenty pośrednie keratyny w komórce.

Cytoszkielet składa się z białek. W cytoszkielecie wyróżnia się kilka głównych układów, nazwanych albo według głównych elementów strukturalnych widocznych w badaniach mikroskopii elektronowej (mikrofilamenty, włókna pośrednie, mikrotubule), albo według głównych białek, które je tworzą (układ aktyna-miozyna, keratyny, tubulina). układ -dyneinowy).

1. Cytoszkielet eukariotyczny

Komórki eukariotyczne zawierają trzy rodzaje tak zwanych włókien. Są to supramolekularne, rozbudowane struktury, składające się z białek tego samego typu, przypominające polimery. Różnica polega na tym, że w polimerach wiązanie między monomerami jest kowalencyjne, podczas gdy we włóknach wiązanie jednostek składowych zapewnia słabe oddziaływanie niekowalencyjne.

1.1. filamenty aktynowe (mikrofilamenty)

Mikrofilamenty o średnicy około 7 nm to dwa spiralne łańcuchy monomerów aktyny. Koncentrują się głównie na zewnętrznej błonie komórkowej, ponieważ odpowiadają za kształt komórki i są zdolne do tworzenia wypukłości na powierzchni komórki (pseudopodiów i mikrokosmków). Biorą również udział w interakcjach międzykomórkowych (tworzenie styków adhezyjnych), przekazywaniu sygnałów oraz, razem z miozyną, w skurczu mięśni. Za pomocą miozyn cytoplazmatycznych transport pęcherzykowy może odbywać się wzdłuż mikrofilamentów.

1.2. Filamenty pośrednie

Średnica włókien pośrednich wynosi od 8 do 11 nanometrów. Zbudowane są z różnego rodzaju podjednostek i są najmniej dynamiczną częścią cytoszkieletu.

Schemat przedstawiający cytoplazmę wraz z jej składnikami (lub organelle) w typowej komórce zwierzęcej. Organelle:
(1) Jądro
(2) Rdzeń
(3) rybosom (małe kropki)
(4) Pęcherzyk
(5) szorstka siateczka śródplazmatyczna (ER)
(6) Aparat Golgiego
(7) Cytoszkielet
(8) Gładka siateczka śródplazmatyczna
(9) Mitochondria
(10) Wakuola
(11) Cytoplazma
(12) Lizosom
(13) Centriola i centrosom

1.3. mikrotubule

Mikrotubule to wydrążone cylindry o średnicy około 25 nm, których ściany składają się z 13 protofilamentów, z których każdy jest liniowym polimerem dimeru białka tubuliny. Dimer składa się z dwóch podjednostek - formy alfa i beta tubuliny. Mikrotubule to niezwykle dynamiczne struktury, które zużywają GTP podczas polimeryzacji. Odgrywają kluczową rolę w transporcie wewnątrzkomórkowym (służą jako „szyny”, po których poruszają się motory molekularne – kinezyna i dyneina), stanowią podstawę aksonemu undylipodium oraz wrzeciona podziałowego podczas mitozy i mejozy.

2. Cytoszkielet prokariontów

Przez długi czas uważano, że tylko eukarionty mają cytoszkielet. Jednak od czasu publikacji z 2001 roku przez Jonesa i in. (PMID: 11290328) opisujący rolę bakteryjnych homologów aktyny w komórkach Bacillus subtilis rozpoczął się okres aktywnego badania elementów cytoszkieletu bakteryjnego. Do tej pory znaleziono homologi bakteryjne dla wszystkich trzech typów eukariotycznych elementów cytoszkieletu - tubuliny, aktyny i włókien pośrednich. Stwierdzono również, że co najmniej jedna grupa białek cytoszkieletu bakteryjnego, MinD/ParA, nie ma analogów eukariotycznych.

2.1. Bakteryjne homologi aktyny

Najbardziej zbadanymi składnikami cytoszkieletu podobnymi do aktyny są MreB, ParM i MamK.

2.1.1. MreB i jego homologi

Białka MreB i ich homologi są aktynopodobnymi składnikami cytoszkieletu bakteryjnego, które odgrywają ważną rolę w utrzymaniu kształtu komórki, segregacji chromosomów i organizacji struktur błonowych. Niektóre rodzaje bakterii, np Escherichia coli, mają tylko jedno białko MreB, podczas gdy inne mogą mieć 2 lub więcej białek podobnych do MreB. Przykładem tego ostatniego jest bakteria Bacillus subtilis, w którym białka MreB, Mbl ( M Odnośnie B-l ike) i MreBH ( MrB H omolog).

W genomach E coli I B. subtilis gen odpowiedzialny za syntezę MreB znajduje się w tym samym operonie, co geny białek MreC i MreD. Mutacje hamujące ekspresję tego operonu prowadzą do powstawania sferycznych komórek o obniżonej żywotności.

Podjednostki białka MreB tworzą włókna, które owijają się wokół komórki bakteryjnej w kształcie pręcika. Znajdują się one na wewnętrznej powierzchni błony cytoplazmatycznej. Filamenty utworzone przez MreB są dynamiczne, nieustannie podlegają polimeryzacji i depolimeryzacji. Tuż przed podziałem komórki MreB koncentruje się w regionie, w którym powstanie zwężenie. Uważa się, że funkcją MreB jest również koordynacja syntezy mureiny, polimeru ściany komórkowej.

Geny odpowiedzialne za syntezę homologów MreB znaleziono tylko w bakteriach pałeczkowatych i nie znaleziono ich w ziarniakach.

2.1.2. ParM

Białko ParM jest obecne w komórkach zawierających plazmidy o niskiej liczbie kopii. Jego funkcją jest rozcieńczanie plazmidów wzdłuż biegunów komórki. W tym samym czasie podjednostki białkowe tworzą włókna, które są wydłużone wzdłuż głównej osi komórki w kształcie pręcika.

Filament w swojej strukturze jest podwójną helisą. Wzrost włókien utworzonych przez ParM jest możliwy na obu końcach, w przeciwieństwie do włókien aktynowych, które rosną tylko na biegunie ±.

2.1.3. MamK

MamK jest białkiem podobnym do aktyny Magnetospirillum magneticum odpowiada za prawidłowe ustawienie magnetosomów. Magnetosomy to inwazje błony cytoplazmatycznej otaczające cząstki żelaza. Włókno MamK działa jak prowadnica, wzdłuż której magnetosomy są ułożone jeden za drugim. W przypadku braku białka MamK magnetosomy są losowo rozmieszczone na powierzchni komórki.

2.2. homologi tubuliny

Obecnie u prokariontów znaleziono dwa homologi tubuliny: FtsZ i BtubA/B. Podobnie jak eukariotyczna tubulina, białka te mają aktywność GTPazy.

2.2.1. FtsZ

Białko FtsZ jest niezwykle ważne w procesie podziału komórek bakteryjnych, występuje u prawie wszystkich eubakterii i archeonów. Również homologi tego białka znaleziono w plastydach eukariotycznych, co jest kolejnym potwierdzeniem ich symbiotycznego pochodzenia.

FtsZ tworzy tzw. Z-ring, który pełni rolę rusztowania dla dodatkowych białek podziału komórkowego. Razem tworzą strukturę odpowiedzialną za powstawanie przewężenia (septy).

2.2.2. BtubA/B

W przeciwieństwie do szeroko rozpowszechnionego FtsZ, białka te występują tylko w bakteriach z rodzaju Prosthecobacter. W swojej budowie są bliższe tubulinie niż FtsZ.

2.3. Crescentin, homolog białek filamentów pośrednich

Białko zostało znalezione w komórkach Caulobacter crescentus. Jego funkcją jest dawanie komórek C. półksiężyc formy wibracyjne. W przypadku braku ekspresji genu crescentin w komórce C. półksiężyc przybrać postać kija. Co ciekawe, komórki podwójnych mutantów, crescentin − i MreB − , mają kulisty kształt.

2.4. MinD i ParA

Białka te nie mają homologów wśród eukariontów.

MinD odpowiada za położenie miejsca podziału w bakteriach i plastydach. ParA bierze udział w podziale DNA na komórki potomne.

Notatki

1. Shih Y.-L., Rothfield L. Cytoszkielet bakteryjny. // Recenzje mikrobiologii i biologii molekularnej. - 2006. - V. 70., nr. 3-pp. 729-754. PMID: 16959967 — www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?cmd=Retrieve&db=pubmed&dopt=AbstractPlus&list_uids=16959967