Web Biomach.cz prochází rekonstrukcí, obsah je průběžně doplňován.
mikrotubulová vlákna průměr asi 25 nm
základní stavební jednotkou dimer tubulinů alfa- a beta-
oba mají ve své struktuře vazebné místo pro GTP (guanosintrifosfát) - vliv na dynamiku struktury, viz dále
alfa- a beta-tubuliny se skládají nad sebe a tvoří jednoduché tenké vlákno = protofilament
celý mikrotubulus složen ze 13 protofilament složených paralelně vedle sebe do válcového pláště - v tomto plášti spolu ještě interagují stejné tubuliny z boku (viz obrázek vpravo, po kliknutí se zvětší a objeví se popisek)
pravidelné uspořádání tubulinů dává vzniknout polarizovanému vláknu
k přidávání/odebírání podjednotek (= 1 alfa- + 1 beta-tubulin = tubulinový dimer) dochází jen na koncích vlákna, tyto konce se ale liší schopností růstu:
plus konec končí beta-tubulinem a prodlužuje se
dochází k připojování podjednotek s GTP a ty tvoří tzv. GTP čepičku
čepička brání zakřivení vláken - dimery s GDP (vzniká hydrolýzou GTP) mají totiž tendenci se ohýbat, což vede k destrukci vlákna
dynamická nestabilita, rychlý obrat podjednotek a přizpůsobivost různým podmínkám
mínus konec končí alfa-tubulinem, neroste a většinou je někde ukotven
ukotvení v tzv. organizačních centrech mikrotubulů (MTOC):
u živočichů centrozóm se dvěma centriolami
u hub a rozsivek pólové tělísko vřeténka (angl. spindle pole body)
u rostlin více menších center na buněčném okraji
chování mikrotubulového skeletu regulováno mnoha přídatnými proteiny - tzv. MAP (proteiny asociovavé s mikrotubuly): vazba na volné podjednotky nebo kompletní mikrotubuly, jejich (de)stabilizace, uspořádávání, vazba mikrotubulů k buněčnému okraji apod.
aktinová vlákna (mikrofilamenta) nejtenčí, průměr cca 5–9 nm
základní stavební jednotkou malý protein aktin, jehož každá molekula obsahuje vazebné místo pro ATP (adenosintrifosfát)
ohebnější než mikrotubuly, kratší, ale je jich v buňce víc
polymerace jednotek dává vzniknout polarizovanému protofilamentu (podobně jako u mikrotubulů: plus konec rostoucí, mínus konec nerostoucí, dynamická struktura)
aktin se často nachází u plazmatické membrány jako buněčný kortex zodpovědný za určení tvaru a pohybu povrchu buňky
vlákna bývají spojena do komplexnějších struktur: (1) paralelní svazky nebo (2) prostorová síť (stavby se účastní další proteiny)
aktinový skelet důležitý i pro spojení buněk mezi sebou v rámci tkáně či pro jejich asociaci s mezibuněčnou hmotou prostřednictvím různých buněčných spojů
proteiny regulující dynamiku mikrofilament: navazují se k volným podjednotkám, vážou se podél vytvořených vláken a stabilizují je, interagují s konci mikrofilament (tzv. capping [čepičkovací] proteiny), rozlamují aktinová vlákna (katastrofiny) apod.
též tzv. střední filamenta - průměr vláken cca 11 nm (tedy mezi oběma předešlými)
monomery jsou protáhlé, tyčovité molekuly (× kulovité tubuliny a aktin), velmi rychle dimerizují
molekula se skládá ze tří částí: 1 centrální, tyčovitá, alfa-helikální doména + 2 koncové kulovité domény („hlavička“ a „ocásek“)
centrální doména u všech velmi podobná, ale délka a struktura hlavičkové a ocasní části se mezi jednotlivými typy IF velmi liší
centrální doména odpovědná za dimerizaci molekul, přičemž obě hlavičky a oba ocásky jsou na stejné straně
hlavička a ocásek odpovědné za následnou polymeraci a tvorbu vyšších struktur a také za funkční interakci IF
pro skládání IF není třeba energie bezprostředně uvolněná z ATP nebo GTP
ze dvou molekul vzniká polarizovaný dimer (obtočí se centrální domény)
dva dimery se potom k sobě přikládají bočně, ale protisměrně = intermediální filamenta nejsou polarizována
tyto nepolarizované tetramery se potom skládají do vyšších struktur, až vznikne vlákno
k výměně podjednotek nedochází jen na koncích vlákna, ale v celém jeho průběhu
vlákna nejsou polarizována, není tedy znám žádný s nimi asociovaný molekulární motor (viz dále)
rodina intermediálních filament je velmi rozmanitá, v genomu člověka je pro ně asi 65 genů
v různých buněčných typech jsou produkovány různé typy IF (dá se toho využít třeba i při analýze rakovinných buněk: střední filamenta prozradí, z jakého buněčného typu nádorově transformovaná buňka pochází)
v buňce jsou lokalizována kolem jádra, odkud se rozprostírají k okrajům, a pod jadernou membránou (laminy)
jaderné laminy se podílí na mechanické výztuži jádra (interagují také s chromatinem a mají nejspíš vliv i na regulaci různých jaderných procesů)
na začátku mitózy jsou laminy nafosforylovány MPF (Mitosis Promoting Factor), což způsobí rozpad sítě a v důsledku toho i rozpad jaderného obalu
zpolymerovaná filamenta zpravidla velmi stabilní a odolná chemicky i při mechanickém namáhání (v porovnání s MT a MF)
stejně jako MF se podílí na vzájemném propojení buněk v tkáni a jejich spojení s mezibuněčnou hmotou
Plazivý pohyb buněk a vysílání různých panožek (výběžků plazmatické membrány) je umožněno směrovanou polymerizací aktinových vláken.
Svalová kontrakce je závislá na posunování myozinu II a aktinových filament (mechanismus viz níže).
Pohyb řasinek a bičíků je způsoben souhrou mikrotubulů a dyneinů a dalších pomocných proteinů, které jsou uspořádány do axonem.
Vnitrobuněčný transport organel a váčků. Mikrotubulární cytoskelet se spolu s motorovými molekulami podílí na „vytahávání“ endoplasmatického retikula (jinak by se scvrklo do kuličky), ale i na směrování vezikulárního transportu (důležité např. v axonech, kde směrují transport synaptických váčků).
Aktinový cytoskelet se účastní vzniku neurální trubice (více zde).
Cytoskelet má také nezastupitelnou úlohu při dělení jaderném (pohyb chromosomů) i buněčném (oddělení buněk kontraktilním prstencem).
proteiny schopné štěpit molekuly ATP a energii získanou z této reakce využít k pohybu podél polarizovaných cytoskeletálních vláken
= dokáží na sebe „naložit“ různý náklad a ten přemisťovat po „silnicích“ na různá místa v buňce) různé typy molekulárních motorů se mezi sebou liší:
typem cytoskeletu, po kterém se pohybují (mikrotubuly, mikrofilamenta)
směrem, kterým se po vláknech pohybují (k plus/mínus konci)
typem nákladu, který jsou schopny nést/vázat: organely (mitochondrie, endoplasmatické retikulum, Golgiho komplex) nebo různé váčky
jiné motory zase posunují cytoskeletální filamenta podél sebe a generují tak sílu, jež působí např. stah svalů, pohyb řasinek a bičíků, pohyb chromosomů při meióze a mitóze nebo oddělení dvou buněk při cytokinezi
struktura molekulárních motorů:
kulovitá „hlavička“ (většinou jich je více) = motorová doména, váže a štěpí ATP, také se váže k cytoskeletálnímu vláknu, po němž kráčí
„ocásek“ s různou strukturou odpovídající za případnou dimerizaci motorové molekuly a interakci s nákladem
tři velké skupiny proteinů fungující jako molekulární motory
1) MYOZINY: pohyb po aktinových vláknech k plus konci (až na jednu výjimku)
člověk má >40 genů pro myoziny
myozin II vůbec prvním objeveným molekulárním motorem, je zodpovědný za svalový stah, podílí se i na buněném dělení - funguje jako dimer
myozin I organizuje membránové výčnělky na povrchu buněk bohaté na aktin (mikroklky, filopodie, lamelipodie) - funguje jako monomer
myozin V se účastní transportu organel a membránových váčků po buňce
2) KINEZINY: pohyb po mikrotubulech k plus konci (až na jednu výjimku)
asi společný původ s myoziny, s dyneiny jsou si spíše nepodobné
objeveny v neuronech - transportují v axonech váčky směrem k synapsi
fungují jako monomery, homo- i heterodimery
transport organel a váčků, úloha při jaderném a buněčném dělení
3) DYNEINY: pohyb po mikrotubulech k mínus konci (zatím bez výjimky)
výrazně větší než myoziny a kineziny, nejrychlejší z molekulových motorů
ke své funkci ale potřebují mnoho dalších proteinů
plazmatické dyneiny: asi ve všech eukaryotických buňkách, dvouhlavé, transport membránových váčků, umístění Golgiho komplexu ve středu buňky
ciliární (axonemální) dyneiny: heterodimery nebo heterotrimery specializované pro rychlý a účinný klouzavý pohyb mikrotubulů, který řídí pohyb řasinek a bičíků
Příklad: interakce aktin-myozin ve svalové sarkomeře.
Motorová molekula myozinu zajišťuje svou interakcí s aktinem svalový stah. Mechanismus reakce je spjatý s hydrolýzou ATP a souvisejícími konformačními změnami.
V počátečním stavu nemá myozin navázané ATP a jeho hlava je pevně vázána na aktinové vlákno. Tento stav se označuje jako rigor. Název pochází z latinského rigor mortis (posmrtná ztuhlost), kdy se po smrti vyčerpají zásoby ATP, které se pak neváže na myozin a sval ztuhne (myozin zůstane „zakousnutý“ do aktinu).
V aktivně stahovaném svalu se však na myozin rychle váže ATP, což působí konformační změnu, které vede k odpojení myozinu od aktinu. Díky tomuto odpojení může posléze dojít k posunu vláken.
ATP je záhy hydrolyzováno na ADP a fostát. Dochází k další konformační změně. Myozin (se stále navázaným ADP + Pi) se jakoby „vyklání dopředu“ (asi o 5 nm).
Po posunu hlavy se myozin slabě váže na novou podjednotku aktinu. Tato slabá vazba způsobí uvolnění fosfátu. Následuje silnější vazba myozinu na aktin a uvolnění ADP. V této fázi tedy dochází k samotnému „svalovému záběru“.
Myozin bez ATP je opět silně vázán na aktin a celý cyklus se uzavírá.