Secțiune dedicată studiului scheletului celular - citoscheletul

microtubuli

Parametrii microtubulilor

Timpul de înjumătățire al microtubulilor ~5 min, în prima jumătate a mitozei ~15s
Diametrul microtubulului este de 25 nm.

Formarea microtubulilor

Unitatea structurală a unui microtubul este un heterodimer proteic tubulina, constând din subunități α și β (53 și 55 kDa), care nu sosesc separat, similare dar nu identice. Fiecare dintre subunități are un situs de legare a nucleotidelor. α-tubulina leagă molecula GTP, care nu este hidrolizată, β-tubulina poate lega GDP sau GTP (Fig. 1). β-tubulina unui heterodimer leagă GTP-ul și se combină cu α-tubulina unui alt heterodimer, în timp ce GTP este hidrolizat la GDP. α-tubulina este o proteină care activează GTP și catalizează hidroliza GTP a β-tubulinei (Fig. 2). Astfel, heterodimerii formează lanțuri liniare - protofilamente, 13 protofilamente formează un complex ciclic elicoidal, astfel de inele polimerizează într-un tub (Fig. 3). Fosforilarea tubulinei îmbunătățește polimerizarea.

Fig. 1 Heterodimer de tubulină. α-tubulină (sin.) cu situs de legare a GTP (albastru). β-tubulină (verde) cu situsuri de legare GTP și GDP (roșu)
Microtubulii sunt str-ry polari dinamici. Terminul (+) este instabil din punct de vedere dinamic (β-tubulină), iar capătul (-)-terminal este stabilizat prin legarea la centrul de organizare a microtubulilor (vezi recenzia Centrozom).
Filetarea este mișcarea microtubulilor ca urmare a creșterii simultane a unui capăt și a disocierii celuilalt capăt al microtubulilor.
ADN-ul tubulinei din domeniul de legare a nucleotidelor are o secvență GGGTG(T/S)G foarte conservată.
Proteina bacteriană FtsZ, un omolog al tubulinei, este o componentă a citoscheletului bacterian și se polimerizează pentru a forma microtubuli.

microtubuli

Fig.2 Microtubulii sunt capabili să formeze un singlet, dublet și triplet.
Un microtubul al unui dublet sau triplet este format din 13 protofilamente.
Tubulii B și C sunt formați din mai puține protofilamente, de obicei 10.

Proteine ​​care se leagă de microtubuli.

Două tipuri de proteine ​​sunt asociate cu microtubuli: structurale
proteine ​​(MAP-microtubuls-associated proteins) și proteine ​​translocatoare.

Atașarea MAP este reglată prin fosforilare, rezultând
pe care unele MAP-uri le desprind din microtubuli.

+ SFATURI- proteine ​​care interacționează cu capătul (+).
microtubuli, dintre care mulți sunt proteine ​​motorii,
altele asigură interacțiunea cu microfilamente în
cortexul celular prin atașarea microtubulilor la plasmă
membrană. Unele +TIPS reglează dinamica microtubulilor
și stabilitatea capătului (+), de exemplu, XMAP215
familia de proteine ​​stabilizează capătul (+)-terminal prevenind degradarea
și permițând creșterea microtubulilor.

ÎNCHIDERE- proteine ​​de atașament
dimerii de tubulină până la capătul (+) și inhibă dezastre.
Ei interacționează cu kinetocorul - un complex care conectează
(+)-capătul microtubulului cu cromozomul.

Catastrofine - proteine ​​+TIP care se leagă de capătul (+) al microtubulilor
și asigurarea disocierii dimerilor de tubulină. Sunt capabili
activează hidroliza GTP sau modificarea conformației protofilamentului
(MCAK- kinezina situată în kinetocor
şi asigură disocierea capătului (+) în timpul anafazei mitozei).

Stasmin- proteine ​​destabilizatoare
în celulele canceroase. Se atașează cu heterodimer de tubulină
împiedică polimerizarea acestora. Stasminele sunt inhibate prin fosforilare.

Katanina - separă microtubulii pentru a forma un nou instabil
(+)-sfârșit.

Unele MAP-uri conectează microtubuli
între ele, cu o membrană sau cu filamente intermediare.

MAP de tip I găsit în axonii și dendritele celulelor nervoase
iar alții au mai multe repetări ale KKEX (Lys-Lys-Glu-X)
care leagă secțiuni (-)-încărcate de tubulină.

MAP de tip II se găsește și în axonii și dendritele nervoase
celule și altele. Au 3-4 repetări a 18 reziduuri
secvență care atașează tubulina.

Proteine ​​care interacționează cu capătul (+) al microtubulilor

APC, Kar9 ( sc)*

APC (polipoză adenomatoasă coli) - supresor de tumori,
care este baza pentru reglarea complexului proteic
fosforilarea b-cateninelor.

EB1, Bim1(sc) , Mal3(sp)

EB1 (end-binding protein 1) - proteină care interacționează cu
APC.

nud(un)

Nud (distribuție nucleară) - o proteină care reglează dineinele.

Lis1/NUDF(Un) Pac1(sc)

Lis (lisencefalie) - o încălcare a dezvoltării creierului uman
(creier neted). Proteina interacționează cu dineina pentru a regla
funcția sa.

NUD(Un) R011(Neurospora
crassa) /Ndl1(sc) ; Nde1, Ndel1
(mamifere).

Aceste proteine ​​interacționează cu Lis1 și deneine și furnizează
functionarea lor.

Kar3(sc)

Kar3 este o kinesină care are un domeniu motor C-terminal și îi aparține
familiei Kinesin-14.

Kip2(sc), ceai 2
(sp), KipA(Un)

Kinezine fungice aparținând familiei Kinesin-7 inclusiv
CENP-E - proteina centromerică de mamifer, Kip2, Tea2 și
KipA

Klp10A(Dm), Klp59C, MCAK

Membrii familiei Kinesin-13. Klp10A - omolog presupus
Kif2A mamifere. Klp59C (Dm) - omolog presupus
mamifere MCAK. KLP10A și alți membri Kin I
subfamilii de kinesine care interacționează cu uncapped
(-)-capătul microtubulilor fusului de fisiune în timpul mitozei.
Ele asigură disocierea dimerilor de la polul tubulinei
celule, contribuind frezat(circulaţie
microtubuli până la poli și scurtarea microtubulilor în timpul
anafaza mitozei).

Dinactina

Complex de proteine, inclusiv proteina p150glued. Dinaktin se leagă
dineina și îi reglează proprietățile și, de asemenea, atașează veziculele
la dineină. p150glued este un omolog NUDMA. nidulanele.

CLIP-170, Bik1 (sc), Bacsis
(sp)

CLIP-170 asigură stabilizarea și creșterea microtubulilor,
și, de asemenea, reglează localizarea dineinei.

CLIP-170 - asigură aterizarea complexului dineină-dinactină,
implicate în transportul veziculelor, la capătul microtubulului.
LIP-170 se găsește în citoplasmă într-o conformație inactivă
în care este legat capătul N-terminal de legare a microtubulilor
cu capătul C-terminal al aceleiași molecule. Când se leagă capătul N-terminal de tubulină
sau capătul (+) al microtubulului, capătul C-terminal este eliberat și se leagă
cu complex dineină-dinactină prin moleculă p150Glued, microtubul
se stabilizează. Dinenina-dinactina este eliberată și începe
mișcarea de-a lungul microtubulului (Fig. 3)

Unele toxine și medicamente, dintre care unele interferează cu mitoza, interferează cu polimerizarea și depolimerizarea tubulinei:
Taxolul este un medicament anticancer care stabilizează microtubulii.
colchicina leagă tubulina, blocând polimerizarea. Microtubulii se depolimerizează la concentrații mari de colchicină.
vinblastină - îmbunătățește depolimerizarea prin formarea paracristalelor de vinblastină-tubulină.
nocodazol - asigură depolimerizarea microtubulilor.
Asocierea este suprimată de vinblastină, vincristină, colchicină și îmbunătățită de taxol.
Gamma-soma este centrul de organizare a microtubulilor de pe suprafața exterioară a nucleului.

Microfilamente

Monomer G-actina (actina globulară) - asimetric
(42kDa) constă din două domenii, precum cel ionic
forțele se agregează într-un polimer spiralat F-actină (fibrilar
actina).

G-actina are situsuri de legare pentru cationi divalenți
şi nucleotide în condiţii fiziologice ocupate de Mg 2+
și ATP.

Polimerizarea G-actinei la F-actină

F-actina are polaritate (+) și (-) având
proprietăți diverse.

Molecula G-actină poartă ATP strâns legat, care, când
tranziția la F-actină se hidrolizează lent la ADP - prezintă
Proprietățile ATPazei Polimerizarea este însoțită de hidroliză
ATP, care nu este necesar deoarece polimerizarea are loc în prezența
analogi nehidrolizabili ai ATP

Polimerizarea constă în mai multe procese: nucleată,
elongaţie, disociere,
fragmentare, andocare.
Aceste procese rulează simultan.

Nucleată– conexiune a trei actine G –
iniţierea polimerizării.

Elongaţie- extinderea lanţului de actină prin
atașarea actinei G la capătul (+)-terminal al actinei F.

Disociere- scurtarea lanțului. Depolimerizare
actina are aceeași viteză la ambele capete

Fragmentare- ca urmare a miscarii termice
F-actina se poate fragmenta.

Andocare- se pot conecta fragmente separate
unul cu altul cap la cap.

La o concentrație de G>F - polimerizarea are loc simultan
(+) și (-) se termină.

Dacă G (-)-Sfârşit - treadmilling– mișcarea actinei F
datorită extinderii simultane a capătului (+) și disocierii
(-)-Sfârşit. La G ~ F - echilibrul dinamic - are loc
polimerizarea (+) și depolimerizarea capătului (–) cu un cost
energie ATP G-actina se leagă de ATP și polimerizează hidrolizează
ATP. la capetele critice ale G-actinei (+), capătul se alungește,
și (-) - scurtat

microfilamente de actină

F-actina - fibrilară, lungimea spirei elicei 37
nm, d=6-8nm.

Proteine ​​care leagă actina

Peste 50 de proteine ​​din citoplasmă se leagă de actină
diverse funcții: reglarea volumului pool-ului de G-actină (profilină),
afectează viteza de polimerizare (villine), se stabilizează
capetele firelor (fragin, a-actinină), coaseți filamentele cu
altele sau cu alte componente (vilină, α-actină, spectrină,
MARCKS, fimbrină), distrug helixul dublu al actinei F (gelsolină).
Activitatea acestor proteine ​​este reglată de Ca 2+ și protein kinaze.

Există cinci locuri de acțiune pentru proteine: cu monomerul
actină, cu capătul (+) (peneat), cu capătul (-) (ascuțit),
cu suprafata laterala. Proteinele care leagă actina pot fi
sensibile sau insensibile la Ca 2+

1. Proteinele care se leagă de monomerul de actină - inhibă nuclearea
(profilină, fragmentină - sensibilă la Ca 2+).
Profilina cu un monomer este capabilă să acumuleze F-actina, în timp ce fragmentina
nu, blocând atât nuclearea, cât și alungirea. Nu sensibil
la Ca 2+ DNaza I și proteina care leagă vitaminele
D - funcția în afara celulei.

2. Capătul (+) poate fi blocat prin plafonare
proteine ​​- blocând alungirea și andocarea, contribuie la
nucleare - apariția filamentelor scurtate (gelsolină,
villin, fragmin)

3. (-)-end - inițierea nucleării, suprimarea andocării
și alungirea - o creștere a numărului și o scădere a lungimii fragmentelor.
Acumentin în macrofage, brevin - cauze proteine ​​din zer
o scădere rapidă a vâscozității soluției de F-actină. Ambele proteine ​​sunt
sensibil la Ca 2+

4. Non-reticulare - legarea laterală se poate stabiliza
și destabilizați F-actina tropomiozina (independentă de Ca)
stabilizează, severină, vilină (dependent de Ca) - legare
cu F-actina taie-o.

5. Reticulare F-actină cu formare de gel. Astfel de
proteinele induc nuclearea. Astfel de proteine ​​sunt dimerice sau au
două domenii de legare a actinei. α-actină plachetar,
villină, fimbrină, actinogelină din macrofage (independente de Ca).

proteine ​​de acoperire- închideți capetele actinei
filamente, împiedicând polimerizarea-depolimerizarea,
promovează atașarea filamentului de membrană.

faloidină- veninul ciupercii palide, se leagă
cu capătul (-) și inhibă depolarizarea.

citocalazina– se atașează toxina de mucegai
spre capătul (+), blocând polimerizarea.

proteine ​​de acoperire-fragmentare- fragment
F-actina determină tranziția gel-sol (Gelsolin 90kD activat
Ca2+ 10-6M rupe F-actina și se leagă de capete).

Proteine ​​de legare a actinei F

Structuri formate din actină

Cortexul celular- rețea de filamente de actină
sub membrana plasmatică.

Filopodiul

Fibrile de stres - formate atunci când o celulă are
capacitatea de a se atașa de substrat

Filamente intermediare

FILAMENTE INTERMEDIARE
proteinele dintre filamentele celulare numărul M, tipul kD
epit de cheratina acidă >15 40-57 I
epit de cheratină de bază >15 53-67 II
desmin soarece 1 53 III
proteină fibrilă acidă glială, astrocite 1 50
vimentin mesenkh, gât epit 1 57
nervos periferic 1 57
proteine ​​neurofilamentare: axoni și dendrite IV
NF-L 1 62
NF-M 1 102
NF-H 1110
internexină SNC 1 66
nestin epit țesut nervos 1 240
nucleele lamin A ale tuturor celulelor 1 70 V
Lamin B 1 67
laminat C 1 67
monomer septamer? dimer paralel? tetramer antiparalel? protofilament? protofibrila?PF
filamente intermediare
d=10nm, (citocheratine, desmină, vimentină, gliaproteină fibrilară acidă (GFAP), neurofilament) sunt formate dintr-o tijă de bază str-ry - o spirală supraînfăşurată, astfel de dimeri asociază antiparalel, formând un tetramer, agregare de tetrameri "cap la cap". " dă imagine protofilament, 8 protofilamente. fibre intermediare | polimerizarea conduce la o imagine. molecule stabile de polimer nepolar

proteine ​​asociate cu IF
proteină M, localizare kD
BPAG1 230 hemidesmozomi
placoglobină 3 desmozomi
desmoplacin I 250 desm
desmoplakin II 215 desm
plectin 300 cortec. zona
ankyrin 140 cortec. zona
filagrina 30 citosol
Miezul receptorului B-lamină 58
Șoarecilor mutanți le lipsește vimentină, în timp ce șoarecii trăiesc destul de normal.
În celulele vegetale, citoscheletul este reprezentat de microtubuli și microfilamente, nu există filamente intermediare, dar există lamine.

Cilia

Geana - excrescere a citoplasmei h=300nm, acoperita cu pm
axonem – d=200nm, 9 dublete de microtubuli, 100, 2 microtubuli centrali, A-microtubuli - 13 subunități, B-microtubuli - 11 subunități,
corp bazal - scufundat în citoplasmă d = 200 nm, 9 tripleți de microtubuli, are mânere, manșon și spițe în partea proximală.
Viteza de mișcare a celulei datorată cililor poate ajunge la ~5 mm/s. Numărul de cili din celula traheei este de ~300, în celula de ciliați ~14 mii.
kinetocilium - capabil de mișcare (epiteliu, spermatozoizi), cili primari - nu se mișcă.

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

citoschelet eucariot. Microfilamentele de actină sunt colorate în roșu, microtubulii în verde, nucleii celulari în albastru.

Citoscheletul- acesta este un cadru celular sau un schelet situat în citoplasma unei celule vii. Este prezent în toate celulele eucariote, iar în celulele procariote s-au găsit omologi ai tuturor proteinelor citoscheletice eucariote. Citoscheletul este o structură dinamică, în schimbare, a cărei funcție este de a menține și adapta forma celulei la influențele externe, exo- și endocitoză, asigurând mișcarea celulei în ansamblu, transportul intracelular activ și diviziunea celulară.

Filamente intermediare de cheratina într-o celulă.

Citoscheletul este format din proteine, existând mai multe sisteme principale, denumite fie după principalele elemente structurale vizibile în studiile microscopice electronice (microfilamente, filamente intermediare, microtubuli), fie după principalele proteine ​​care alcătuiesc compoziția lor (actina-miozina). sistem, keratine, tubulină - sistem dineină).

citoschelet eucariot

filamente de actină (microfilamente)

Aproximativ 7 nm în diametru, microfilamentele sunt două lanțuri elicoidale de monomeri de actină. Acestea sunt concentrate în principal la membrana exterioară a celulei, deoarece sunt responsabile de forma celulei și sunt capabile să formeze proeminențe pe suprafața celulei (pseudopodii și microvilozități). Ele sunt, de asemenea, implicate în interacțiunea intercelulară (formarea de contacte adezive), transmiterea semnalului și, împreună cu miozina, în contracția musculară. Cu ajutorul miozinelor citoplasmatice, transportul vezicular poate fi efectuat de-a lungul microfilamentelor.

Filamente intermediare

Citoscheletul procariotelor

Multă vreme s-a crezut că numai eucariotele au un citoschelet. Cu toate acestea, începând cu lucrarea din 2001 a lui Jones et al. (PMID 11290328) care descrie rolul omologilor bacterieni ai actinei în celule Bacillus subtilis, a început o perioadă de studiu activ al elementelor citoscheletului bacterian. Până în prezent, s-au găsit omologi bacterieni ai tuturor celor trei tipuri de elemente citoscheletice eucariote - tubulină, actină și filamente intermediare. S-a constatat, de asemenea, că cel puțin un grup de proteine ​​din citoscheletul bacterian, MinD/ParA, nu are analogi eucarioți.

Omologi bacterieni ai actinei

Cele mai studiate componente asemănătoare actinei ale citoscheletului sunt MreB, ParM și MamK.

MreB și omologii săi

Proteinele MreB și omologii săi sunt componente asemănătoare actinei ale citoscheletului bacterian, care joacă un rol important în menținerea formei celulelor, segregarea cromozomilor și organizarea structurilor membranei. Unele tipuri de bacterii, cum ar fi Escherichia coli, au o singură proteină MreB, în timp ce altele pot avea 2 sau mai multe proteine ​​asemănătoare MreB. Un exemplu al acestuia din urmă este bacteria Bacillus subtilis, în care proteinele MreB, Mbl ( M re B-l ike) și MreBH ( MreB h omolog).

În genomi E coliȘi B. subtilis gena responsabilă pentru sinteza MreB este situată în același operon ca și genele pentru proteinele MreC și MreD. Mutațiile care suprimă expresia acestui operon duc la formarea de celule sferice cu viabilitate redusă.

Subunitățile proteinei MreB formează filamente care se înfășoară în jurul unei celule bacteriene în formă de tijă. Sunt situate pe suprafața interioară a membranei citoplasmatice. Filamentele formate de MreB sunt dinamice, fiind în permanență în curs de polimerizare și depolimerizare. Chiar înainte de diviziunea celulară, MreB este concentrat în regiunea în care se va forma constricția. Se crede că funcția MreB este, de asemenea, de a coordona sinteza mureinei, un polimer al peretelui celular.

Genele responsabile pentru sinteza omologilor MreB au fost găsite numai în bacterii în formă de baston și nu au fost găsite în coci.

ParM

Proteina ParM este prezentă în celulele care conțin plasmide cu copii reduse. Funcția sa este de a dilua plasmidele de-a lungul polilor celulei. În același timp, subunitățile proteice formează filamente care sunt alungite de-a lungul axei majore a celulei în formă de tijă.

Filamentul din structura sa este un dublu helix. Creșterea filamentelor formate din ParM este posibilă la ambele capete, spre deosebire de filamentele de actină care cresc doar la polul ±.

MamK

MamK este o proteină asemănătoare actinei Magnetospirillum magneticum responsabil de poziţionarea corectă a magnetozomilor. Magnetozomii sunt invaginări ale membranei citoplasmatice din jurul particulelor de fier. Filamentul MamK acționează ca un ghid de-a lungul căruia magnetozomii sunt aranjați unul după altul. În absența proteinei MamK, magnetozomii sunt distribuiți aleatoriu pe suprafața celulei.

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Citoscheletul- acesta este un cadru celular sau un schelet situat în citoplasma unei celule vii. Este prezent în toate celulele eucariote, iar în celulele procariote s-au găsit omologi ai tuturor proteinelor citoscheletice eucariote. Citoscheletul este o structură dinamică, în schimbare, a cărei funcție este de a menține și adapta forma celulei la influențele externe, exo- și endocitoză, asigurând mișcarea celulei în ansamblu, transportul intracelular activ și diviziunea celulară. Citoscheletul este format din proteine, existând mai multe sisteme principale, denumite fie după principalele elemente structurale vizibile în studiile microscopice electronice (microfilamente, filamente intermediare, microtubuli), fie după principalele proteine ​​care alcătuiesc compoziția lor (actina-miozina). sistem, keratine, tubulină - sistem dineină).

citoschelet eucariot

filamente de actină (microfilamente)

Aproximativ 7 nm în diametru, microfilamentele sunt două lanțuri elicoidale de monomeri de actină. Acestea sunt concentrate în principal la membrana exterioară a celulei, deoarece sunt responsabile de forma celulei și sunt capabile să formeze proeminențe pe suprafața celulei (pseudopodii și microvilozități). Ele sunt, de asemenea, implicate în interacțiunea intercelulară (formarea de contacte adezive), transmiterea semnalului și, împreună cu miozina, în contracția musculară. Cu ajutorul miozinelor citoplasmatice, transportul vezicular poate fi efectuat de-a lungul microfilamentelor.

Filamente intermediare

microtubuli

Citoscheletul procariotelor

Multă vreme s-a crezut că numai eucariotele au un citoschelet. Cu toate acestea, începând cu lucrarea din 2001 a lui Jones et al. (), descriind rolul omologilor bacterieni ai actinei în celule Bacillus subtilis, a început o perioadă de studiu activ al elementelor citoscheletului bacterian. Până în prezent, s-au găsit omologi bacterieni ai tuturor celor trei tipuri de elemente citoscheletice eucariote - tubulină, actină și filamente intermediare. S-a constatat, de asemenea, că cel puțin un grup de proteine ​​din citoscheletul bacterian, MinD/ParA, nu are analogi eucarioți.

Omologi bacterieni ai actinei

Cele mai studiate componente asemănătoare actinei ale citoscheletului sunt MreB, ParM și MamK.

MreB și omologii săi

Proteinele MreB și omologii săi sunt componente asemănătoare actinei ale citoscheletului bacterian, care joacă un rol important în menținerea formei celulelor, segregarea cromozomilor și organizarea structurilor membranei. Unele tipuri de bacterii, cum ar fi Escherichia coli, au o singură proteină MreB, în timp ce altele pot avea 2 sau mai multe proteine ​​asemănătoare MreB. Un exemplu al acestuia din urmă este bacteria Bacillus subtilis, în care proteinele MreB, Mbl ( M re B-l ike) și MreBH ( MreB h omolog).

În genomi E coliȘi B. subtilis gena responsabilă pentru sinteza MreB este situată în același operon ca și genele pentru proteinele MreC și MreD. Mutațiile care suprimă expresia acestui operon duc la formarea de celule sferice cu viabilitate redusă.

Subunitățile proteinei MreB formează filamente care se înfășoară în jurul unei celule bacteriene în formă de tijă. Sunt situate pe suprafața interioară a membranei citoplasmatice. Filamentele formate de MreB sunt dinamice, fiind în permanență în curs de polimerizare și depolimerizare. Chiar înainte de diviziunea celulară, MreB este concentrat în regiunea în care se va forma constricția. Se crede că funcția MreB este, de asemenea, de a coordona sinteza mureinei, un polimer al peretelui celular.

Genele responsabile pentru sinteza omologilor MreB au fost găsite numai în bacterii în formă de baston și nu au fost găsite în coci.

ParM

Proteina ParM este prezentă în celulele care conțin plasmide cu copii reduse. Funcția sa este de a dilua plasmidele de-a lungul polilor celulei. În același timp, subunitățile proteice formează filamente care sunt alungite de-a lungul axei majore a celulei în formă de tijă.

Filamentul din structura sa este un dublu helix. Creșterea filamentelor formate din ParM este posibilă la ambele capete, spre deosebire de filamentele de actină care cresc doar la polul ±.

MamK

MamK este o proteină asemănătoare actinei Magnetospirillum magneticum responsabil de poziţionarea corectă a magnetozomilor. Magnetozomii sunt invaginări ale membranei citoplasmatice din jurul particulelor de fier. Filamentul MamK acționează ca un ghid de-a lungul căruia magnetozomii sunt aranjați unul după altul. În absența proteinei MamK, magnetozomii sunt distribuiți aleatoriu pe suprafața celulei.

omologii tubulinei

În prezent, doi omologi de tubulină au fost găsiți la procariote: FtsZ și BtubA/B. La fel ca tubulina eucariotă, aceste proteine ​​au activitate GTPază.

FtsZ

Proteina FtsZ este extrem de importantă pentru diviziunea celulară bacteriană; se găsește în aproape toate eubacterii și arheile. De asemenea, omologi ai acestei proteine ​​au fost găsiți în plastidele eucariote, ceea ce este o altă confirmare a originii lor simbiotice.

FtsZ formează așa-numitul inel Z, care acționează ca o schelă pentru proteine ​​suplimentare de diviziune celulară. Împreună ele constituie structura responsabilă de formarea constricției (septurilor).

BtubA/B

Spre deosebire de FtsZ răspândită, aceste proteine ​​se găsesc numai în bacteriile din gen Prosthecobacter. Ele sunt mai aproape de tubulină în structura lor decât FtsZ.

Crescentin, un omolog al proteinelor filamentului intermediar

Proteina a fost găsită în celule Caulobacter crescentus. Funcția sa este de a da celule C. crescentus forme de vibrio. În absența exprimării genei crescentine celulare C. crescentus ia forma unui băţ. Interesant este că celulele mutanților dubli, crescentin - și MreB -, au o formă sferică.

MinD și ParaA

Aceste proteine ​​nu au omologi printre eucariote.

MinD este responsabil pentru poziția locului de diviziune în bacterii și plastide. ParaA este implicat în diviziunea ADN-ului în celule fiice.

Vezi si

Scrieți o recenzie despre articolul „Citoscheletul”

Note

Un fragment care caracterizează citoscheletul

Salonul Annei Pavlovna a început să se umple treptat. A sosit cea mai înaltă nobilime din Sankt Petersburg, oameni dintre cei mai eterogene ca vârstă și caracter, dar la fel în societatea în care trăia toată lumea; a sosit fiica principelui Vasily, frumoasa Elena, care chemase tatăl ei să meargă cu el la sărbătoarea trimisului. Era în cifră și o rochie de bal. Cunoscută și sub numele de la femme la plus seduisante de Petersbourg [cea mai fermecătoare femeie din Sankt Petersburg], tânăra și micuța prințesă Bolkonskaya, care s-a căsătorit iarna trecută și acum nu a mai ieșit în lumea mare din cauza sarcinii, ci a plecat. în serile mici, a sosit și el. Prințul Hippolyte, fiul principelui Vasily, a sosit împreună cu Mortemar, pe care l-a prezentat; Au venit și abatele Morio și mulți alții.
- Încă nu ai văzut-o? sau: - nu stii ma tante [cu matusa]? - le-a spus Anna Pavlovna oaspeților în vizită și i-a condus foarte serios la o bătrână cu plecăciuni înalte, care a plutit dintr-o altă cameră, de îndată ce oaspeții au început să sosească, le-a strigat pe nume, deplasându-și încet ochii de la invitat la ma tante [mătușa], apoi a plecat.
Toți invitații au susținut ceremonia de salutare a unei mătuși necunoscute, neinteresante și inutile pentru nimeni. Anna Pavlovna le-a urmat salutările cu o simpatie tristă, solemnă, aprobându-le tacit. Ma tante le-a vorbit tuturor în aceiași termeni despre sănătatea lui, despre sănătatea ei și despre sănătatea Majestății Sale, care astăzi a fost, slavă Domnului, mai bună. Toți cei care s-au apropiat, fără să se grăbească din decență, cu un sentiment de ușurare față de sarcina grea pe care o îndepliniseră, s-au îndepărtat de bătrână, ca să nu se urce la ea toată seara.
Tânăra prințesă Bolkonskaya a sosit cu lucru într-o geantă de catifea aurie brodată. Drumul ei, cu o mustață ușor înnegrită, buza de sus era scurtă în dinți, dar se deschidea cu atât mai frumos și se întindea și mai frumos uneori și cădea pe cea de jos. Ca întotdeauna în cazul femeilor destul de atractive, buzele scurte și gura întredeschisă păreau a fi specială, propria ei frumusețe. A fost distractiv pentru toată lumea să se uite la această viitoare mamă drăguță, plină de sănătate și de viață, care și-a îndurat atât de ușor situația. Bătrânilor și tinerilor plictisiți și posomorâți care se uitau la ea li s-a părut că ei înșiși devin ca ea după ce au stat ceva timp de vorbă cu ea. Oricine îi vorbea și vedea la fiecare cuvânt zâmbetul ei strălucitor și dinții albi strălucitori, care erau mereu vizibili, credea că astăzi este deosebit de amabil. Și asta credea toată lumea.
Micuța prințesă, clătinându-se, ocoli mesei cu pași mici și repezi, cu o geantă de lucru pe braț și, îndreptându-și veselă rochia, s-a așezat pe canapea, lângă samovarul argintiu, de parcă tot ce făcea ar fi fost part de plaisir [divertisment. ] pentru ea și pentru toți cei din jurul ei.
- J „ai apporte mon ouvrage [am luat postul]”, a spus ea, desfăcându-și poșeta și adresându-se tuturor împreună.
— Uite, Annette, ne-mi jouez pas un mauvais tour, se întoarse ea către gazdă. - Vous m "avez ecrit, que c" etait une toute petite soiree; voyez, comme je suis attifee. [Nu-mi face o glumă proastă; mi-ai scris că ai avut o seară foarte mică. Vezi cât de prost sunt îmbrăcat.]
Și și-a întins mâinile pentru a-i arăta, în dantelă, o rochie gri elegantă, încinsă cu o panglică largă puțin mai jos de sâni.
- Soyez tranquille, Lise, vous serez toujours la plus jolie [Fii calm, vei fi cel mai bun], - a răspuns Anna Pavlovna.
- Vous savez, mon mari m "abandonne", a continuat ea pe același ton, referindu-se la general, "il va se faire tuer. Dites moi, pourquoi cette vilaine guerre, [Știi, soțul meu mă părăsește. moartea lui. Spune, de ce acest război urât,] - i-a spus prințului Vasily și, fără să aștepte un răspuns, s-a întors către fiica prințului Vasily, către frumoasa Elena.
- Quelle delicieuse personne, que cette petite princesse! [Ce persoană fermecătoare este această mică prințesă!] - i-a spus în liniște prințul Vasily Annei Pavlovna.
La scurt timp după micuța prințesă, a intrat un tânăr masiv, gras, cu capul tăiat, ochelari, pantaloni lejeri la moda vremii, cu volan înalt și în frac maro. Acest tânăr gras era fiul nelegitim al celebrului nobil al Ecaterinei, contele Bezukhoi, care acum era pe moarte la Moscova. Încă nu servise nicăieri, tocmai sosise din străinătate, unde fusese crescut și era pentru prima dată în societate. Anna Pavlovna l-a întâmpinat cu o plecăciune, care aparținea oamenilor din cea mai de jos ierarhie din salonul ei. Dar, în ciuda acestui salut inferior, la vederea intrării lui Pierre, Anna Pavlovna a manifestat anxietate și teamă, similare cu cele care se exprimă la vederea a ceva prea uriaș și neobișnuit pentru un loc. Deși, într-adevăr, Pierre era ceva mai mare decât ceilalți bărbați din cameră, dar această teamă nu putea fi legată decât de acel aspect inteligent și în același timp timid, observator și natural care îl deosebea de toți cei din această sufragerie.

- acesta este un sistem de structuri filamentoase, cel mai important sunt polimeri ordonați ai proteinelor din aceeași clasă, care este prezent în celulele bacteriilor și arheilor. Toate proteinele studiate (din 2006) ale citoscheletului bacterian sunt capabile de auto-organizare în filamente lungi. in vitro.

Citoscheletul procariotelor a fost descoperit pentru prima dată la începutul anilor 1990, când s-a descoperit că aproape toate bacteriile și majoritatea arheilor conțin proteina FtsZ, care este omologul tubulinei și se poate polimeriza în filamente formatoare de inel (Z-ring) în timpul diviziunii celulare. Ulterior, au fost descoperiți și omologi procarioți ai actinei. Aceste descoperiri au schimbat ideea că absența unui citoschelet este cel mai important motiv pentru dimensiunea mai mică și organizarea mai simplă a procariotelor în comparație cu eucariotele. Pe de altă parte, acum se presupune că simplitatea relativă a bacteriilor și a arheilor este asociată cu prezența proteinelor motorii (cel puțin, acestea nu au fost descoperite până acum), care „merg” de-a lungul filamentelor citoscheletului și oferă transport pentru diverse structuri, precum și pentru locomoția întregii celule.

Prezența omologilor actinei și tubulinei în procariote sugerează că aceste două clase de proteine ​​care leagă nucleotidele care pot forma filamente dogwie au apărut în procesul de evoluție cu destul de mult timp în urmă, chiar înainte de apariția eucariotelor. Cu toate acestea, organismele nucleare și nenucleare le folosesc diferit, de exemplu, omologul tubulinei FtsZ este implicat în citokineza bacteriană, în timp ce filamentele de actină îndeplinesc această funcție la eucariote, dimpotrivă, omologii de actină sunt implicați în diferența dintre moleculele de ADN în timpul diviziunii în bacterii și microtubuli la eucariote.cu tubulina formând fusul de diviziune. De asemenea, la procariote a fost găsită cel puțin o clasă de proteine, care pot fi considerate omologi ai proteinelor filamentului intermediar și o clasă de proteine ​​citoscheletice - ATPaza tip Walker A (WACA - MinD și PraA) care nu au corespondențe la eucariote.

omologi ai actinei

În 2001, Jones Jones) iar spivrobintniki a constatat că bacteria Bacillus subtilis sunt prezente proteine ​​omoloage actinei, care formează structuri elicoidale lungi. Această descoperire a dat naștere unei dezvoltări intensive a cercetării în domeniul citoscheletului procariotelor, în urma căreia au fost descoperiți mulți alți omologi de actină. Toate aceste proteine ​​sunt caracterizate prin prezența unui domeniu de actin ATPază. Cele mai multe dintre ele, precum actina la eucariote, fac parte din citoschelet, dar unele au alte funcții, cum ar fi FtsA implicată în diviziunea celulară, însoțitorul DnaK și hexokinaza. Omologii bacterieni de actină au o structură spațială similară, dar în cea mai mare parte diferă destul de puternic în secvența de aminoacizi (identitate 5-10%). De asemenea, aceste proteine ​​au caracteristici excelente ale dinamicii polimerizării și proprietățile filamentelor pe care le formează. Evident, spre deosebire de eucariote, care folosesc aceeași actină pentru o varietate de nevoi celulare, bacteriile au multe variante de astfel de proteine, fiecare dintre acestea fiind specializată pentru a îndeplini o funcție separată.

MreB și omologii săi

mreb (engleză) M ai frâiele grupului B) iar omologii săi, proteinele, sunt obișnuiți printre bacteriile care au o formă de tijă sau spirală și sunt absente în coci. Unele bacterii, de exemplu Escherichia coliȘi Caulobacter crescentus, conținând doar gena proteinei MreB, în timp ce altele, în special Bacillus subtilis,în plus față de acesta, genele omologilor săi Mbl (ing. M re B — ca) și MreBH MreB h omolog). Aceste proteine ​​asigură menținerea formei în formă de tijă a celulei, a polarității acesteia, precum și a diferențelor de copii ale ADN-ului bacterian în timpul diviziunii.

Structura și dinamica filamentelor MreB și omologii săi

in vivo Proteina MreB și omologii săi formează filamente elicoidale lungi situate de-a lungul celulei bacteriene, ele pot fi combinate în mănunchiuri puternice și destul de flexibile. Astfel de filamente sunt structuri dinamice; timpul lor de înjumătățire nu depășește de obicei câteva minute. În plus, la unele specii, în special C. crescentusȘi Rhodobacter sphaeroides Filamentele MreB își schimbă locația în timpul ciclului celular: în timpul diviziunii, ele sunt concentrate în partea centrală a celulei și formează un inel. Cu toate acestea, deoarece mutanții cu deleție mreB nu își pierd capacitatea de a suferi citokineză, se pare că proteina MreB nu este necesară pentru acest proces.

După cum se arată în experimentele pe proteine ​​bacteriene Thermotoga maritima Unitățile monomerice MreB sunt capabile de auto-organizare in vitroîn filamente liniare lungi, care constau din două protofilamente dispuse în paralel. Deci, conform structurii filamentelor MreB, ele diferă în F-actină, formată din două lanțuri răsucite spiralat unul în jurul celuilalt. Polimerizarea MreB necesită prezența ATP în mediu, dar se desfășoară la fel de bine în prezența GTP (spre deosebire de actina, care polimerizează numai în prezența ATP). Acest lucru se datorează faptului că noile subunități sunt incluse în polimer numai sub forma asociată cu nucleotid trifosfat; mai târziu, are loc hidroliza ATP sau GTP legat la ADP sau, respectiv, GDP.

Funcțiile MreB și omologii săi

Una dintre funcțiile principale ale filamentelor MreB și proteinelor omoloage este de a menține forma în formă de baston sau elicoidal a celulei bacteriene. Mutațiile care perturbă expresia acestor proteine ​​duc la o schimbare pronunțată a formei bacteriilor (de regulă, acestea se transformă în celule rotunjite, sau în cazul Mbl, în celule cu formă neregulată). Cu toate acestea, filamentele MreB NU servesc direct ca schele pentru forma celulei, la rândul lor, dispuse în spirală de-a lungul acesteia, ele sunt locuri pentru atașarea enzimelor care sintetizează peptidoglicanul peretelui celular. Astfel, ele reglează natura depunerii de noi elemente pe învelișul bacteriilor, care de fapt este factorul determinant în menținerea unei forme constante. În mod similar, microtubulii unei celule vegetale influențează forma acesteia prin direcționarea incluziunilor de molecule de celuloză în peretele celular. În multe bacterii (inclusiv E coliȘi B.subtilis) gena mreB face parte din operon, care include și gene mreCȘi mreD. Acest operon este inclus într-un grup mare de gene necesare pentru biosinteza peptidoglicanilor. Produse genetice mreCȘi mreD sunt proteine ​​ale membranei interne a bacteriilor gram-negative, ele interacționează cu proteina MreB și participă la organizarea complexului acesteia cu enzimele implicate în biosinteza mureinei, cum ar fi murein transpeptidaza PBP2. Acest complex include și proteinele transmembranare RodZ și RodA.

Filamentele MreB sunt, de asemenea, implicate în determinarea anumitor aspecte ale polarității celulare, în special concentrația la unul sau ambii poli a anumitor proteine, cum ar fi cele responsabile de chemotaxie, motilitate, secreție și virulență.

O altă funcție a MreB și a omologilor săi este participarea la diferența dintre copiile cromozomului bacterian în timpul diviziunii. Printre mutanții la care această proteină este absentă au fost găsite celule cu mai mulți nucleoizi în citoplasmă, precum și celule care nu aveau cromozomi. Locul de atașare a proteinelor MreB la ADN-ul bacterian este punctul oriC; atașarea are loc fie direct, fie cu participarea altor proteine. Când sunt divizate, filamentele citoscheletului oferă diferențe în punctele oriC a două copii ADN la capetele opuse ale celulei; mecanismul acestui proces nu a fost încă elucidat (2006). De asemenea, nu se știe cum are loc segregarea cromozomilor la cocii cărora le lipsește gena mreBși omologii săi.

Separarea proteinelor plasmidelor ParM

Multe plasmide bacteriene cu copii mici (~ 1-5 copii) au sisteme speciale care le asigură diferențele după replicare. Aceste mecanisme sunt necesare pentru ca fiecare dintre celulele fiice să primească cel puțin o moleculă de ADN plasmid după diviziune. Există trei tipuri de sisteme care oferă diferențe în plasmidele cu copii reduse, fiecare dintre ele utilizează diferite proteine ​​motorii (tip I - ATPazele de tip Walker A sau proteinele asemănătoare ParA, tipul II - omologii tubulinei sau proteinele în formă de TubZ, tipul III - omologi de actină sau proteine ​​în formă de ParM). Protein ParM (din engleză. alin motor de pozitionare) a fost descoperit pentru prima dată în studiul plasmidei R1 E coli. Acest sistem de segregare a ADN-ului plasmidic este acum mai bine înțeles. Un sistem similar a fost găsit în alte plasmide, în special în cele responsabile pentru răspândirea rezistenței la mai multe medicamente. rezistență la mai multe medicamente).

Structura și dinamica filamentelor ParM

Ca toate elementele citoscheletului, filamentele ParM constau din subunități de proteine ​​monomerice. Aceste subunități sunt capabile de polimerizare in vitroîn prezenţa ATP sau GTP. Filamentele rezultate constau din două protofilamente răsucite unul în jurul celuilalt (structura este similară cu F-actina). În celulele vii, monomerii ParM formează filamente lungi neramificate care sunt situate de-a lungul axei bacteriei. Spre deosebire de actină și MreB și analogii săi, ParM nu formează mănunchiuri.

Polimerizarea și disocierea monomerilor ParM depind de adăugarea și hidroliza ATP. Noile subunități sunt încorporate în filamente într-o formă legată de ATP și atașarea poate avea loc la ambele capete ale filamentelor. Concomitent cu includerea unei noi subunități ParM-ATP, hidroliza ATP are loc în ultima moleculă de proteină atașată. Astfel, întregul filament este format din proteine ​​ParM-ADP, iar doar la capete se află subunități ParM-ATP, care „KEPU” stabilizează întreaga structură.

În absența plasmidei adecvate, filamentele ParM continuă să polimerizeze până când ating o anumită lungime critică. După aceea, încep să se disocieze foarte repede, iar rata acestui proces este de aproximativ 100 de ori mai mare decât cea pentru F-actina, adică se observă așa-numita instabilitate dinamică, conform căreia aceste elemente sunt mai mult ca microtubuli eucarioți. .

Principiul de funcționare al filamentelor ParM

Gene parM intră în locus alin plasmida R1, pe lângă aceasta, conține și o secțiune parC(din engleza. C entromere), care joacă un rol similar cu centromerul din cromozomii eucarioți, precum și cu gena parr, al cărui produs este ParR (din engleză. represor) se alătură secțiunii parCși autoreglează transcripția locusului par,și servește, de asemenea, ca un adaptor pentru atașarea proteinei ParM.

După replicarea plasmidei R1 la ambele copii ale acesteia din regiune parC proteina ParR este atașată. În această stare, poate lega și stabiliza filamentele ParM, care sunt constant asamblate și dezasamblate în citoplasmă. După aceea, filamentele de polimer ParM încep să se mestece, atașând noi monomeri la fiecare capăt. Acest proces este însoțit de hidroliza ATP. Datorită alungirii filamentelor, cele două plasmide care sunt atașate de marginile sale sunt împărțite în direcții diferite până ajung la polii celulei. Aceasta este urmată de disocierea polimerului ParM.

Proteina de organizare a magnetozomilor MamK

Un alt omolog al actinei procariote, MamK, este implicat în organizarea membranelor magnetozomilor. Magnetozomii sunt organite legate de membrană ale bacteriilor din genuri MagnetospirillumȘi Magnetococ, conţinând cristale de magnetit şi ajută bacteria să navigheze în câmpul geomagnetic. În celulă, magnetozomii sunt aranjați într-un rând, drept urmare pot funcționa ca un ac de magnet. Acest aranjament este asigurat de filamentele proteinei MamK de care sunt atașate aceste vezicule membranoase.

omologii tubulinei

Majoritatea procariotelor au, de asemenea, omologi ai proteinei eucariote tubuline care formează microtubuli. Cel mai bine studiat dintre acești omologi este blilock FtsZ implicat în citokineza. Tubulina și FtsZ au o identitate destul de mică în secvența de aminoacizi, doar domeniul GTPază este conservat, dar sunt similare ca structură spațială. De asemenea, la unii reprezentanți ai bacteriilor și arheilor s-au găsit și alți omologi ai tubulinei: de exemplu, BtubA / BtubB Prosthebacter dejoneii, precum și TubZ și RepX, codificate de genele plasmide ale bacteriilor din genul bacil.

FtsZ și inelul Z

FtsZ (FtsZ) F mutant sensibil la temperatura de ilament Z) este una dintre primele proteine ​​citoscheletice identificate la procariote. Se găsește în celulele aproape tuturor bacteriilor și arheilor studiate, precum și în organele eucariote derivate din procariote, în special plastide. Această proteină este implicată în formarea inelului Z, asigură citokineza în timpul diviziunii celulare. Pe lângă FtsZ, acest proces implică și un număr mare de proteine ​​auxiliare, în special cele implicate în sinteza peretelui celular bacterian.

Structura și dinamica filamentelor FtsZ

Se formează monomerii FtsZ in vitro protofilamente, constând dintr-un rând din aceste proteine. Protofilamentele NU se asamblează în structuri similare cu microtubulii, deși uneori formează mănunchiuri sau foi. FtsZ polimerizează într-o formă activă legată de GTP; totuși, spre deosebire de tubulină, această proteină de obicei nu hidrolizează GTP după încorporarea sa în protofilament. Astfel, spre deosebire de protofilamentele de microtubuli, care constau aproape în întregime din GDP-tubulină și au doar capace de GTP-tubulină la capete, raportul dintre subunitățile legate de GTP și cele legate de GDP din protofilamentele FtsZ este de 80:20.

În anumite condiții, hidroliza GTP poate avea loc în protofilamentele FtsZ; în acest caz, forma lor se schimbă în principal de la drept la curbat, iar polimerul este destabilizat, în urma căruia se poate descompune în monomeri. Protofilamentele FtsZ sunt structuri dinamice; schimbă constant subunități cu un grup de monomeri liberi.

Structura inelului Z

O parte din proteina FtsZ din celulă este implicată în formarea inelului Z, în timp ce restul se află în citoplasmă într-o formă monomerică sau sub formă de filamente scurte. După cum arată microscopia cu fluorescență (folosind anticorpi marcați sau FtsZ fuzionați cu GFP), inelul Z este clar vizibil în centrul majorității celulelor. În timpul diviziunii celulare, se contractă, permițând astfel citokineza. Concomitent cu reducerea inelului Z din celula mamă, FtsZ începe să polimerizeze în centrul celulelor fiice.

Inelul Z nu constă dintr-un FtsZ închis în protofilament, după cum arată numeroase studii, cantitatea de monomeri FtsZ din inelul Z este suficientă pentru a face aproximativ 2,5 spire în jurul diametrului interior al celulei. Deoarece protofilamentele individuale FtsZ sunt mult mai scurte decât circumferința celulei, a fost propus un model pentru structura inelului Z, conform căruia acesta este compus dintr-un număr mare de protofilamente scurte suprapuse. Acest model a fost confirmat de datele obținute prin criotomografie electronică. Cu toate acestea, există și modele alternative pentru structura inelului Z, dintre care unul presupune că protofilamentele FtsZ interacționează cap la cap și formează o spirală continuă.

Pentru a permite citokineza, inelul Z trebuie să fie atașat cumva de membrana plasmatică. Acest rol în majoritatea bacteriilor este îndeplinit de proteina piintegrală FtsA și proteina transmembranară ZipA, ale căror domenii citoplasmatice sunt atașate la FtsZ.

Modele de funcționare a inelului Z în timpul citokinezei

Mecanismul prin care inelul Z se contractă în timpul citokinezei este încă neclar. Au existat mai multe ipoteze, descrise mai sus:

• Model de forjare:întrucât este probabil ca inelul Z să fie asociat cu protofilamente care pot interacționa lateral, similar actinei eucariote și miozinei, se presupune că există o proteină motorie specifică care poate asigura alunecarea acestor protofilamente unul față de celălalt. Pe măsură ce acest proces progresează, FtsZ este, de asemenea, depolimerizat, astfel inelul Z se scurtează și trage membrana plasmatică împreună cu ea. Principalul dezavantaj al acestui model este că nu s-au găsit astfel de proteine ​​motorii la nici una dintre speciile bacteriene.
• Model "cadru": Protofilamentele FtsZ pot juca un rol pasiv în citokineza. Conform acestui model, ele atrag doar enzimele de sinteză a peretelui celular la locul unde urmează să aibă loc citokineza. Noile straturi de peptidoglican depuse asigură încorporarea membranei plasmatice, în urma căreia inelul Z este răsucit. Acest model nu poate explica mecanismul citokinezei în micobacterii, în special Mycobacterium tuberculosis,în care peptidoglicanul este în general absent în peretele culturii.
• Modelul „strângere repetitivă”.- cea mai recunoscută în prezent. Acest mecanism nu implică participarea vreunei proteine ​​motorii, dar sugerează că protofilamentele FtsZ în sine pot genera forța necesară pentru citokineza. Se crede că filamentele din inelul Z sunt atașate de membrana citoplasmatică în forma legată de GTP, caz în care au o conformație dreaptă. Ulterior, în ele are loc hidroliza GTP, ceea ce duce la îndoirea filamentelor. Când se întâmplă acest lucru, membrana celulară, atașată la filamente de proteinele FtsA sau ZipA, se îndoaie oarecum. Această compresie secvenţială a membranei duce la citokineză. Numai ultimele sale etape nu pot avea loc conform acestui mecanism și, eventual, pot trece fără participarea proteinei FtsZ.

Alți omologi ai tubulinei

Secvențierea genomilor multor bacterii a scos la iveală unele proteine ​​asemănătoare tubulinei care diferă de FtsZ. În special în bacterii Prosthebacter dejoneii au fost găsite două proteine ​​BtubA și BtubB. B cada actrial ulin), care sunt omologi ai tubulinei α și respectiv β. În timpul polimerizării în prezența GTP, ei formează un heterodimer, la fel ca tubulina α și β. Funcția acestor proteine ​​este în prezent necunoscută.

Interesant este că aceste proteine ​​sunt mult mai apropiate în secvența de aminoacizi de tubulinele eucariote decât de omologul lor procariot FtsZ. Se crede că bacteria P. dejoneii a primit genele pentru aceste proteine ​​ca urmare a transferului orizontal de la eucariote.

O altă clasă de omologi de tubulină a fost găsită în plasmidele mari ale bacteriilor din gen bacil, zokema:

• Proteină TubZ Bacillus thuringiensis codificat de genele plasmidei pBtoxis;
• Proteina RepX este codificată în plasmidă pX01 Bacillus anthracis.

Ambele aceste proteine ​​sunt capabile să formeze filamente lungi ca rezultat al polimerizării în prezența GTP și sunt necesare pentru menținerea stabilă a plasmidei respective în celulă. Ele pot fi implicate în segregarea copiei plasmidelor, replicarea plasmidei sau ambele.

Crescentin este un omolog al proteinelor filamentului intermediar

Crescentin este o proteină de filament intermediar găsită în bacterii Caulobacter crescentusși alte bacterii din acest gen. Această proteină menține o structură lungă, curbată, filamentoasă, care trece de-a lungul marginii interioare a bacteriei asemănătoare como și asigură menținerea acestei forme. În absența crescentinei, bacteriile devin crioasemănătoare, dar nu își pierd vitalitatea.Crescentinul are 25% identitate și 40% omologie în secvența de aminoacizi cu proteinele filamentului intermediar eucariote, precum și o organizare similară a domeniilor proteice - în special , prezența unui domeniu central dublu helix (ing. bobină încolăcită). Polimerizarea monomerilor de crescentină, ca și în cazul proteinelor eucariote din filament intermediar, are loc fără a fi nevoie de nucleotide. Mă întreb ce să modelez C. crescentusîn plus față de crescentină, este necesar și omologul actinei MreB; în absența acestuia, celulele devin sferice în ciuda prezenței crescentinului.

ATPaza citoscheletică de tip Walker A

Pe lângă omologii actinei eucariote, tubulinei și proteinelor filamentului intermediar, componentele citoscheletice au fost găsite și în bacterii care nu au analogi în celulele nucleare. În special, acestea sunt proteinele WACA (ing. Walker A ATPaza citoscheletică- ATPaza citoscheletică de tip Walker A), aparținând familiei eterogene funcțional a ATPazelor, având un domeniu Walker A anormal conservator în structura lor și dimerizează în prezența ATP.

Proteinele WACA în formă legată de ATP pot forma polimeri pe anumite suprafețe, cum ar fi membrana celulară, și sunt considerate elemente ale citoscheletului. Această clasă include proteina MinD, care este implicată în determinarea locului în care va avea loc citokineza în timpul separării, și proteinele ParA, Soj, precum și SopA și ParF, care asigură diferențe (segregare) de copii ale plasmidei și ale cromozomilor bacterieni. Deși au funcții diferite, aceste proteine ​​au o structură spațială foarte asemănătoare și un nivel ridicat de omologie a secvenței de aminoacizi. Toate WACA sunt capabile de hidroliza ATP, activitatea lor catalitică este reglată prin interacțiunea cu proteinele activatoare: pentru MinD, aceasta este proteina MinE, iar pentru ParA, proteina de legare a ADN-ului ParB. De asemenea, această familie de proteine ​​este unită de faptul că în spatele tuturor se observă un comportament dinamic. in vivo: formele polimerizate ale acestor proteine ​​oscilează între anumite regiuni celulare. De exemplu, MinDs polimerizează mai întâi la un pol al celulei, apoi la celălalt, durata unui astfel de ciclu este de 40-50 de secunde. Proteinele ParA și Soj oscilează predominant între doi nucleoizi înainte de fisiune, iar intervalele lor de timp „săritoare” sunt mai puțin regulate (de la câteva minute la o oră).

Sistemul MinCDE

Mecanismul de oscilație este mai bine înțeles folosind exemplul sistemului MinCDE, care include WACA MinD. Acest sistem este necesar pentru celulă pentru a plasa cu precizie inelul Z în partea centrală pentru trecerea corectă a citokinezei. Conține trei proteine:

• MinC, inhibitor de polimerizare FtsZ;
• MinD - proteină citoscheletică WACA care polimerizează pe membrana citoplasmatică;
• MinE este o proteină care stimulează activitatea hidrolitică a MinD.

ÎN E coli acest sistem funcționează astfel: după adăugarea unei molecule de ATP, MinD polimerizează pe membrana plasmatică, formând spirale. În această formă activată, se leagă de proteina MinC, care inhibă formarea inelului Z la locul respectiv. MinD-ATP poate interacționa și cu MinE, care stimulează hidroliza ATP, după care MinD inactivat se desprinde de membrană și se poate disocia în altă parte. Se dezintegrează în principal la polul opus al celulei, unde nu există proteină MinE, acolo începe polimerizarea noului complex, care continuă până la finalizarea depolimerizării celui vechi. Și când începe să se încheie, proteina MinE este eliberată și începe să „distrugă” complexul MinD/MinC nou format. Astfel, acest complex „sare” de la un pol la altul cu o periodicitate de 40-50 de minute și nu afectează doar zona centrală, unde are loc formarea inelului Z, deoarece nimic nu o suprimă acolo.

Deși MinD este o proteină foarte conservată printre procariote, funcționează diferit la diferite specii, de exemplu în B. subtilis nu are loc nicio oscilație: MinD este atașat permanent de polii celulari de către o altă proteină DivIVA. În plus, bacteriile au mecanisme de „rezervă” pentru reglarea spațială a citokinezei care funcționează chiar și în absența MinCDE, de exemplu, mecanismul de „evitare a nucleoidului”: formarea inelului Z este suprimată în apropierea nucleoidului.

În unele bacterii, atât sistemul MinCDE, cât și mecanismul de „evitare a nucleoidului” sunt absente cu totul, de exemplu, în C. crescentus locul citokinezei este determinat de proteina MipZ (similar cu ParaA). Această proteină polimerizează în apropierea punctului ori și, de asemenea, inhibă formarea inelului Z.

Surse folosite

1. Shih YL, Rothfield L (2006). Citoscheletul bacterian. Microbiol Mol Biol Rev 70. Cu. 729-54. doi: 10.1128/MMBR.00017-06. PMID 16959967.
2. Bi EF, Lutkenhaus J (1991). Structura inelului FtsZ asociată cu diviziunea în Escherichia coli. Natură 354. Cu. 161-4. doi: 10.1038 / 354161a0. PMID 1944597.
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2007). Biologia moleculară a celulei(ed. a 5-a). Garland Science. ISBN 978-0-8153-4105-5.
4. Gitai Z (2005). Noua biologie celulară bacteriană: părți mobile și arhitectură subcelulară. celulă 120.
5. Gerdes K (2009). RodZ, un nou jucător în morfogeneza celulelor bacteriene. Jurnalul EMBO 28. Cu. 171 - 172. doi: 10.1038 / emboj.2008.287. PMID 19194484.
6. Salje J, Gayathri P, Lowe J (2005). Sistemul ParMRC: mecanisme moleculare de segregare a plasmidelor prin filamente asemănătoare actinei. celulă 120. Cu. 577-86. doi: 10.1016 / j.cell.2005.02.026. PMID 15766522.
7. Taoka A, Asada R, Wu LF, Fukumori Y (2007). Polimerizarea proteinei asemănătoare actinei MamK, care este asociată cu magnetozomi. J Bacteriol 189. Cu. 8737-40. doi: 10.1128 / JB.00899-07. PMID 17905974.
8. Thanbichler M, Shapiro L (2008). Organizarea - modul în care celulele bacteriene mișcă proteinele și ADN-ul. Nat Rev Microbiol 6. Cu. 28-40. doi:10.1038/nrmicro1795. PMID 18059290.
9. Pogliano J. (» Citoscheletul bacterian. Curr Opin Cell Biol 20. Cu. 19-27. doi: 10.1016 / j.ceb.2007.12.006. PMID 18243677.
10. Erickson HP, Anderson DE, Osawa M (2010). FtsZ în citokineza bacteriană: citoscheletul și generatorul de forță, totul într-unul. Microbiol Mol Biol Rev 74. Cu. 504-28. doi: 10.1128/MMBR.00021-10. PMID 21119015.
11. Li Z, Trimble MJ, Brun YV, Jensen GJ (2007). Structura filamentelor FtsZ in vivo sugerează un rol generator de forță în diviziunea celulară. EMBO J 26. Cu. 4694-708. doi:10.1038/sj.emboj.7601895. PMID 17948052.

Plan:

Introducere

• 1 citoschelet eucariot
  • 1.1 filamente de actină (microfilamente)
  • 1.2 Filamente intermediare
  • 1.3 Microtubuli
• 2 Citoscheletul procariotelor
  • 2.1 Omologi bacterieni ai actinei
    • 2.1.1 MreB și omologii săi
    • 2.1.2 ParM
    • 2.1.3 MamK
  • 2.2 omologii tubulinei
    • 2.2.1 FtsZ
    • 2.2.2 BtubA/B
  • 2.3 Crescentin, un omolog al proteinelor filamentului intermediar
  • 2.4 MinD și ParaA
Note

Introducere

citoschelet eucariot. Microfilamentele de actină sunt colorate în roșu, microtubulii în verde, nucleii celulari în albastru.

Citoscheletul- acesta este un cadru celular sau un schelet situat în citoplasma unei celule vii. Este prezent în toate celulele atât la eucariote, cât și la procariote. Aceasta este o structură dinamică, în schimbare, ale cărei funcții includ menținerea și adaptarea formei celulei la influențele externe, exo- și endocitoza, asigurarea mișcării celulei în ansamblu, transportul intracelular activ și diviziunea celulară.

Filamente intermediare de cheratina într-o celulă.

Citoscheletul este format din proteine. În citoschelet se disting mai multe sisteme principale, denumite fie după principalele elemente structurale vizibile în studiile microscopice electronice (microfilamente, filamente intermediare, microtubuli), fie după principalele proteine ​​care le alcătuiesc (sistemul actină-miozină, keratine, tubulină). -sistemul dineinei). ).

1. Citoscheletul eucariot

Celulele eucariote conțin trei tipuri de așa-numitele filamente. Acestea sunt structuri supramoleculare, extinse, formate din proteine ​​de același tip, similare polimerilor. Diferența constă în faptul că la polimeri, legătura dintre monomeri este covalentă, în timp ce la filamente, legătura unităților constitutive este asigurată datorită unei interacțiuni necovalente slabe.

1.1. filamente de actină (microfilamente)

Aproximativ 7 nm în diametru, microfilamentele sunt două lanțuri elicoidale de monomeri de actină. Acestea sunt concentrate în principal la membrana exterioară a celulei, deoarece sunt responsabile de forma celulei și sunt capabile să formeze proeminențe pe suprafața celulei (pseudopodii și microvilozități). Ele sunt, de asemenea, implicate în interacțiunea intercelulară (formarea de contacte adezive), transmiterea semnalului și, împreună cu miozina, în contracția musculară. Cu ajutorul miozinelor citoplasmatice, transportul vezicular poate fi efectuat de-a lungul microfilamentelor.

1.2. Filamente intermediare

Diametrul filamentelor intermediare este de la 8 la 11 nanometri. Sunt compuse din diferite tipuri de subunități și sunt partea cea mai puțin dinamică a citoscheletului.

Diagrama care arată citoplasma, împreună cu componentele sale (sau organele) într-o celulă animală tipică. Organele:
(1) Nucleol
(2) Miez
(3) ribozom (puncte mici)
(4) Veziculă
(5) reticul endoplasmatic rugos (ER)
(6) Aparatul Golgi
(7) Citoscheletul
(8) Reticulul endoplasmatic neted
(9) Mitocondriile
(10) Vacuole
(11) Citoplasmă
(12) Lizozom
(13) Centriol și centrozom

1.3. microtubuli

Microtubulii sunt cilindri goali, cu un diametru de aproximativ 25 nm, ai căror pereți sunt alcătuiți din 13 protofilamente, fiecare dintre ele fiind un polimer liniar al dimerului proteinei tubulinei. Dimerul este format din două subunități - formele alfa și beta ale tubulinei. Microtubulii sunt structuri extrem de dinamice care consumă GTP în timpul polimerizării. Aceștia joacă un rol cheie în transportul intracelular (servesc ca „șine” de-a lungul cărora se mișcă motoarele moleculare - kinesina și dineina), formează baza axonemului undylipodium și a fusului de diviziune în timpul mitozei și meiozei.

2. Citoscheletul procariotelor

Multă vreme s-a crezut că doar eucariotele aveau citoschelet. Cu toate acestea, începând cu lucrarea din 2001 a lui Jones et al. (PMID: 11290328) care descrie rolul omologilor bacterieni ai actinei în celule Bacillus subtilis, a început o perioadă de studiu activ al elementelor citoscheletului bacterian. Până în prezent, s-au găsit omologi bacterieni pentru toate cele trei tipuri de elemente ale citoscheletului eucariote - tubulină, actină și filamente intermediare. S-a constatat, de asemenea, că cel puțin un grup de proteine ​​din citoscheletul bacterian, MinD/ParA, nu are analogi eucarioți.

2.1. Omologi bacterieni ai actinei

Cele mai studiate componente asemănătoare actinei ale citoscheletului sunt MreB, ParM și MamK.

2.1.1. MreB și omologii săi

Proteinele MreB și omologii săi sunt componente asemănătoare actinei ale citoscheletului bacterian, care joacă un rol important în menținerea formei celulelor, segregarea cromozomilor și organizarea structurilor membranei. Unele tipuri de bacterii, cum ar fi Escherichia coli, au o singură proteină MreB, în timp ce altele pot avea 2 sau mai multe proteine ​​asemănătoare MreB. Un exemplu al acestuia din urmă este bacteria Bacillus subtilis, în care proteinele MreB, Mbl ( M re B-l ike) și MreBH ( MreB h omolog).

În genomi E coliȘi B. subtilis gena responsabilă pentru sinteza MreB este situată în același operon ca și genele pentru proteinele MreC și MreD. Mutațiile care suprimă expresia acestui operon duc la formarea de celule sferice cu viabilitate redusă.

Subunitățile proteinei MreB formează filamente care se înfășoară în jurul unei celule bacteriene în formă de tijă. Sunt situate pe suprafața interioară a membranei citoplasmatice. Filamentele formate de MreB sunt dinamice, fiind în permanență în curs de polimerizare și depolimerizare. Chiar înainte de diviziunea celulară, MreB este concentrat în regiunea în care se va forma constricția. Se crede că funcția MreB este, de asemenea, de a coordona sinteza mureinei, un polimer al peretelui celular.

Genele responsabile pentru sinteza omologilor MreB au fost găsite numai în bacterii în formă de baston și nu au fost găsite în coci.

2.1.2. ParM

Proteina ParM este prezentă în celulele care conțin plasmide cu copii reduse. Funcția sa este de a dilua plasmidele de-a lungul polilor celulei. În același timp, subunitățile proteice formează filamente care sunt alungite de-a lungul axei majore a celulei în formă de tijă.

Filamentul din structura sa este un dublu helix. Creșterea filamentelor formate din ParM este posibilă la ambele capete, spre deosebire de filamentele de actină care cresc doar la polul ±.

2.1.3. MamK

MamK este o proteină asemănătoare actinei Magnetospirillum magneticum responsabil de poziţionarea corectă a magnetozomilor. Magnetozomii sunt invaginări ale membranei citoplasmatice din jurul particulelor de fier. Filamentul MamK acționează ca un ghid de-a lungul căruia magnetozomii sunt aranjați unul după altul. În absența proteinei MamK, magnetozomii sunt distribuiți aleatoriu pe suprafața celulei.

2.2. omologii tubulinei

În prezent, doi omologi de tubulină au fost găsiți la procariote: FtsZ și BtubA/B. La fel ca tubulina eucariotă, aceste proteine ​​au activitate GTPază.

2.2.1. FtsZ

Proteina FtsZ este extrem de importantă pentru diviziunea celulară bacteriană; se găsește în aproape toate eubacterii și arheile. De asemenea, omologi ai acestei proteine ​​au fost găsiți în plastidele eucariote, ceea ce este o altă confirmare a originii lor simbiotice.

FtsZ formează așa-numitul inel Z, care acționează ca o schelă pentru proteine ​​suplimentare de diviziune celulară. Împreună ele constituie structura responsabilă de formarea constricției (septurilor).

2.2.2. BtubA/B

Spre deosebire de FtsZ răspândită, aceste proteine ​​se găsesc numai în bacteriile din gen Prosthecobacter. Ele sunt mai aproape de tubulină în structura lor decât FtsZ.

2.3. Crescentin, un omolog al proteinelor filamentului intermediar

Proteina a fost găsită în celule Caulobacter crescentus. Funcția sa este de a da celule C. crescentus forme de vibrio. În absența exprimării genei crescentine celulare C. crescentus ia forma unui băţ. Interesant este că celulele mutanților dubli, crescentin - și MreB -, au o formă sferică.

2.4. MinD și ParaA

Aceste proteine ​​nu au omologi printre eucariote.

MinD este responsabil pentru poziția locului de diviziune în bacterii și plastide. ParaA este implicat în diviziunea ADN-ului în celule fiice.

Note

1. Shih Y.-L., Rothfield L. Citoscheletul bacterian. // Recenzii de microbiologie și biologie moleculară. - 2006. - V. 70., Nr. 3-pag. 729-754. PMID: 16959967 - www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?cmd=Retrieve&db=pubmed&dopt=AbstractPlus&list_uids=16959967