Sejtváz Sejtek mozgása
Sejtváz: Az eukarióta sejtekben vékony fonálszerű struktúra 3 fő alrendszer alkotja: Mikrofilamentumok: 7-9 nm átmérőjű aktinfonalakból áll; Intermedier filamentumok: 10 nm átmérőjűek; Mikrotubulusok: 24 nm átmérőjű tubulincsövekből áll; Fehérjeegységekből épülnek fel, melyeket nem kovalens kötések tartanak össze.
Sejtváz feladata: • Sejt mechanikai ellenálló-képességének biztosítása • Sejt alakját stabilizálja • Sejt helyváltoztató mozgásához kell, • Sejt alakváltozásának alapját képezi. • Biztosítja a sejtorganellumok transzportját; • Biztosítja
a
sejtosztódással
alakváltozásokat;
kapcsolatos
mozgásokat
és
Motor fehérjék: Enzimek egy speciális csoportja, ATP-t (v. GTP-t) használnak energiaforrásként Elcsúsznak a mikrofilamentumokon vagy a mikrotubulusokon. Intermedier filamentumokhoz nem kapcsolódnak Pl. miozin, kinezin, dynein
Sejtkapcsoló struktúrákhoz való kötődés: Mikrofilamentumok (aktin váz): • tight junction, zona occludens • zona addherens • fokális adhéziók sejtmag: kék mikrotubulus: zöld aktin: piros
Intermedier filamentumhoz: • macula addherens, dezmoszóma • hemidezmoszóma
Struktúra
Mikrotubulusok: Migrációban szerep, főleg a sejtorganellumok átrendezését segíti Csőszerű struktúra, sejt alakjának stabilizálása Felépítése: Mikrotubulus alegysége: tubulin α , β globuláris fehérjéből képzett heterodimer. Dimerekből hosszú láncok alakulnak ki Láncok egymáshoz párhuzamosan kapcsolódva létrehozzák a mikrotubulust. Párhuzamosan rendeződve vázszerű struktúrákat hoz létre: Labilisak, le- és felépülésüket Ca2+, Mg2+ és GTP szabályozzák stabilizálás: kémiai módosítások és speciális fehérjék (MAP),
Kétféle mikrotubulus populáció: Nem stabil, rövid életű MT: pl.mitotikus osztódási orsó; Stabil, hosszú életű MT: pl. spermiumok flagelluma, csillók, neuronok axonja, MTOC (mikrotubulus organizátor centrum) centriolumostor létrehozása. MTOC: mikrotubulus képződési helye; centroszóma: centriólumokból (két egymásra merőleges henger), és az azt körülvevő amorf pericentriorális anyagból áll. Benne γ-tubulin, mely αβ-dimereket megkötve nukleációs régióként szolgál a polimerizáció során.
Mitotikus osztódásgátlók: Colchicin, taxol, vinblasztin: Működésük: specifikusan kötődnek a mikrotubulusokhoz (αβ-tubulin egységekhez) és meggátolják a mikrotubulus polimerizációt Colhicin:kökörcsin alkaloidja (köszvény) Taxol: tiszafa alkaloidja (daganatos betegségek) Vinblasztin: rózsás meténg alkaloidja (vérképzőszervi és nyirokszervi daganatok),
Xenophus oocyte mitotikus osztódás közben. Lilával a mikrotubulusokból álló mitotikus osztódási orsó
Mikrotubulus motorfehérjék: Kinezin, dynein Mikrotubulushoz ATP hidrolízis által hajtott fehérjék kapcsolódhatnak és rajtuk elmozdulva organellum-transzportot végezhetnek. A kinezin és dynein fehérjecsalád tagjai szelektíven képesek különböző vezikulákat, organellumokat megkötni és transzportálni (a felismerés mechanizmusa pontosan még nem tisztázott). Neuronok: a vezikulák axonális transzportja a mikrotubuluson történik. Dynein: vég felé irányító mikrotubulus motorprotein (retrográd transzport),
önmagában
nem
képes
transzportfunkcióra,
mikrotubulus kötő fehérjékkel komplexben.
csak
Intermedier filamentumok Fonálszerű, nem elágazó struktúrák Vastagsága 10 nm Ritkán bontódnak le. Motorfehérjékkel nem társulnak. Az evolúció során jelentősen változtak. Változatos csoport Alaktartás.
Bőr: A mechanikai hatásoknak leginkább kitett bőrhám sejtjei nagy mennyiségben tartalmaznak keratinfehérjét
Sejtmag: Laminfehérjékből
felépülő
intermedier filamentumok vékony rostos réteget alkotva biztosítja a maghártya rugalmas mechanikai ellenállóképességét.
Idegsejt: Neurofilamentumfehérjéből álló filamentumok biztosítják a sejt nyúlványos alakjának a megőrzését. Astrocita: Neuronhoz hasonlóan intermedier filamentum rendszer biztosítja az alakját. Vimentin főleg fejlődő astrocytákban, de néhány már differenciált tipusban is, és GFAP a differenciált astrocytákban
Mikrofilamentumok Globuláris fehérjéből, aktinmolekulából épülnek fel. Hosszú láncot alkotnak. Két lánc egymás körül csavarodva alkot egy mikrofilamentumot. Citoplazmában vannak. Eukarióta sejtekben legnagyobb mennyiségben előforduló fehérje (kb. 0.5 mM citoplazma koncentráció). Emberben 6 különböző aktin izoformát kódoló gén található. Egyik ‘legkonzerváltabb’ fehérje. Az α-aktin izomszövetekben található, a β-és γ-aktin más szövetekben ubikviter fehérjék.
Aktinszálakból álló mikrofilamentum rendszer
Felépülés: A sejtekben globuláris aktin monomerek (G-aktin) szintetizálódnak és ezek ATP-t vagy ADP-t kötnek (Mg2+-komplexben). G-aktin monomerek F-aktin filamentumokká polimerizálódnak ATP hidrolízise közben. Először néhány monomer képez komplexet (nukleáció) majd ehhez a maghoz kapcsolódik a többi egység (elongáció). A monomerek két sorban helyezkednek el, egymásba csavarodva kettős hélix-szerű szerkezetet alkotnak.
A polimerizáció reverzibilis, G-aktin koncentrációjától függően egyensúlyra vezet. Kritikus koncentráció: aktin monomerek és filamentek egyensúlya Ez más a + és a –végen (CC -=0.8 M, C C +=0.1 M) F-aktin polarizált, egyik vége gyorsabban növekszik (+vég), mint a másik (-vég). Taposómalom (‘Treadmilling’) mechanizmus: közepes aktin koncentrációnál az aktin egységek ‘átfolynak’ a filamentumon, a +véghez kötődve és a –végről ledisszociálva. G-aktin monomerek ATP-t kötve kapcsolódnak a filamentum +végéhez, majd az ATP hidrolizál és ez kedvez a –végen történő ADPaktin komplex leválásának.
Aktin polimerizáció szabályozása: Thymosinβ4: G-aktint köt, ami így már nem tud polimerizálódni. Profilin: elősegíti az ATP-t kötött aktin monomerek kötődését a +véghez (az aktin monomer ATP-kötő helyével szemben kötődik); Gelszolin: kész mikrofilamentumokat hasít el és a +véghez kapcsolódva gátolja a polimerizációjukat. Gátlószerek: Citochalasin D a filamentumok polimerizációját, Phalloidin a depolimerizációját gátolja.
Feladatai: Mechanikai támasztékot adnak a sejtmembránnak, Meghatározza a sejt alakját Citoplazma állagát befolyásolja: hálózata viszkózussá teszi, míg a filamentumok depolimerizációja a citoplazma folyékonyabbá válását idézi elő. Formakonzerváló szerep pl. mikrobolyhok. Lamellipodium, filopodium, pszeudopodium, mikrovillus mind aktin-alapú képződmények.
Kötegek, hálózatok kialakulása: F-aktin a citoplazmában kötegeket és hálózatot is létrehozhat keresztkötő fehérjékkel kapcsolódhatnak össze az aktinrostok. Fimbrin α-aktinin: Aktinkötegekben párhuzamosan futó aktinfilamentumokat köt össze pl. a mikrovillusokban. Filamin spektrin: Flexibilis keresztkötő fehérjék. Az egymást keresztező mikrofilamentunok szövevényét stabilizálják. sejthártya alatti ún. kortikális hálózat
Mozgás: Aktinhoz miozin kötődik Miozin: aktin motorfehérjéje aktin-aktivált ATP-áz 13 izoformát azonosítottak emlős sejtekben Közös tulajdonságok: 1 vagy két nehézlánc, néhány könnyű lánc; Nehéz lánc: fej, nyak, farok rész (domain) Fej (globuláris): Aktin és ATP-kötő hely; Nyakhoz (α-helikális) aszociálódnak a könnyű láncok, melyek regulálják a fej működését. Farok (α-helikális) határozza meg az adott izoforma aktivitását az egyes sejtekben.
I. és II. izoforma fordul elő a legnagyobb mennyiségben a szervezetben. II. izoforma domináns az izomszövetben, két azonos nehéz láncból és négy könnyű láncból épül fel. I. és V. izoformák membránokhoz asszociálódnak. A miozin fehérjék ATP hidrolízise közben elmozdulnak az aktin filamentum +vége irányába.
Elmozdulás mechanizmusa: A miozin fej aktinfilamenthez kötődik, ATP kötés hatására ez a kapcsolat meglazul, A miozin ATP-áza hidrolizálja az ATP-t és az ezáltal okozott konformációváltozás a miozinfejet az aktinrost +vége felé mozdítja, új aktin-miozin kapcsolat jön létre. Az aktinfilament és a miozin elcsúszik egymáson, ADP leválásával helyreáll az ‘eredeti’ állapot
A
fenti
’csúszó
filamentum’
mechanizmusára állították fel, de
modellt
az
izomkontrakció
érvényes más mikrofilamentum
mozgásokra is. Miozin és aktin egymáshoz viszonyított elmozdulása kétféleképpen: A mikrofilamentum rögzített, a miozin mozgékony, vándorol az aktinmikrofilamentum mentén, intracelluláris szállításban szerep. Miozinból virágcsokorszerű kötegek, két köteg összekapcsolódásával izomsejt vastag filamentumai. Aktinfilamentum-rendszert a vastag filamentumhoz képest elcsúsztatják: köteg megrövidül.
Az izomkontrakció [Ca2+]i-tól függő, szigorúan szabályozott folyamat a vázizomban 2 járulékos fehérje regulálja az összehúzódást: -tropomiozin (TM) -troponin (TN), 3 alegységből áll: T, I, C:Ca2+-kötő alegység
Ca2+ hiányában (‘off’ mód) a
troponin-tropomiozin
komplex
megakadályozza
a
miozin
elcsúszását az aktinfilamenten, Ca2+ kötésre a troponin-C a tropomiozin elmozdulását indukálja: miozinkötő helyek az aktinfilamentumon szabaddá válnak (‘on’ mód). Simaizomban a Ca2+-mal aktivált Ca2+-kalmodulin komplex egy kinázt (MLCK) aktivál, ami a könnyű láncok foszforilálásával indítja el az izomkontrakciót.
Aktin és miozin szerepe nem-izom sejtekben: sejtorganellumok transzportja során: az I. izoforma farki régiójával a vezikula membránjához, feji régiójával pedig az aktinfilamenthez kötődik. A filament +vége irányában mozogva húzza maga után a vezikulumot (ATP-t felhasználva). Sejtadhézió: epithel sejtek apikális belső felszínén aktin-miozin gyűrű, ez a sejtadhéziós molekulákhoz kapcsolódik és így része a sejtek közötti adherens kapcsolatoknak.
Sejtosztódás: aktin-miozin II alkotta kontraktilis gyűrű alakul ki; pl. Miozin II génkiütött sejtekben a DNS replikálódik, de nem tud osztódni a sejt, ún. sokmagvas sejtek jönnek
A sejt mozgásszervei
1.)Amőboid mozgás • Citoplazmatikus állábak segítségével • Aktin filament rendszer segítségével történik. • Mozgás az aktin filamentrendszer, membránfolyamatok és az adhéziós molekulák koordinált működésén alapszik.
Amőboid mozgás fázisai: Álláb kialakulása a citoplazma kitüremkedésével Adhézió: álláb rögzítése Sejttest vontatása Deadhézió
Energia forrás: valószínüleg aktin-miozin komplex termeli ATP bontásával
2.) csillók, ostorok: határozott belső szerkezettel rendelkező, mozgást segítő-végző plazmanyúlványok egysejtűekben pl: csillósok, zöld szemes ostoros többsejtűekben: pl: orr nyálkahártyája, légcső „bélelése”, hímivarsejtek mozgása Fő alkotóik a tubulin molekulákból felépülő mikrotubulusok.
b.) szerkezete: csillók: rövid, nagyszámú, ostor: a test hosszát meghaladó, egy vagy néhány tövüknél: alapi test: sejthártya alatt helyezkedik el 9×3 mikrotubulusból áll belsejükben : a mikrotubulus tripletekből csak kettő folytatódik 9×2 + 2 mikrotubulus van. Központi tubulusok pedig az alapi testből hiányoznak. csillók és ostorok sejthártyával borítottak
Mozgás:
Tubulinhoz kapcsolódó dynein karok segítségével.
Működésük:
A működést az alapi testek irányítják, a kerületen lévő csövek elcsúsznak a középen lévő csövek mellett (izommozgáshoz hasonló)
A csillók mozgása összehangolt, az ostoroké csapkodó v. körkörös
