7. cytofizjo-olimpia cytoszkieletor

Rozdział 7- Cytoszkielet
Do cytoszkieletu zalicza się : miktotubule , mikrofilamenty, filamenty pośrednie
Mikrotubule
-białkowe rurki o średnicy 25 nm i kanale wewnętrznym o średnicy 15 nm powstające w
wyniku polimeryzacji heterodimerów zbudowanych z alfa i beta tubuliny
-inicjalne formowanie mikrotubul zachodzi w centrach nukleacji zawierających gamma
tubulinę
-MAP- białka łączące się z mikrotubulami, wpływajaca na ich stabilizacje
-w czasie podziału komórki tworzą wrzeciono kariokinetyczne
-tworzą aksoneme w witkach i rzęskach
Filamenty posrednie
-włókienka cytoszkieletu o średnicy ok.10nm
-tworza sieci mechaniczned stabilizujące tkanki i komórki
-w kom. Nabłonkowych biorą udział w tworzeniu desmosomów i hemidesmosomów
-w tk. Mięśniowej stabilizują strukturę miofibrylli,a nerowej wypustki
Mikrofilamenty
-polimery cząsteczek aktyny (średnica 7 nm)
-tworza elementy mikrokosmków , kory komórkowej ,połaczen międzykomórkowych
(obwódek zwierających i przyczepów ogniskowych), lamelipodiów i filopodiów, włókienek
naprężeniowych, pierścienia kurczliwego, miofilamentów cieknich w mięśniach
ABP BIAŁKA WIĄŻĄCE AKTYNE
-umożliwiaja tworzenie pęczków i fsieci mikrofilamentów
-np. alfa-aktynina, miozyna, kora komórki, miofilamenty, mikrokosmki, pierścienie kurczliwe,
włókienka naprężeniowe
Białka motoryczne
-posiadaja zdolność do hydrolizy ATP , mogą poruszać się wzdłuż mikrotubul i i filamentów
aktynowych
-miozyna I umożliwia transport organelli wzdłuż filamentów aktynowych
-miozyna II wchodzi w skald aparatu kurczliwego mięsni, tworzy miofilamenty grube
Kora komórki
-zew strefa komórki, utworzona przez filamenty aktynowe i spektrynowe +białka łączące je z
błoną komórkowa
Budowa i tworzenie się mikrotubul
-dimery tubuliny (tubulina alfa+tubulina beta) łączą sie tworząc protofilamenty
-protofilament jest spolaryzowany, ma biegun minus (ttubulina alfa), biegun plus (tubulina
beta)
- 13 protofilamentów tworzy rureczkę mikrotubuli, która wydłuża się w kierunku bieguna
plus
-do powstania mikrotubuli w komórce konieczne jest centrum nukleacji- MTOC (miejsce od
którego rozpoczyna się polimeryzacja mikrotubul) np. centrosom
-na pow. Centrosomu cząsteczki tubuliny gamma tworzą pierścienie, do których przyczepiają
się dimery tubuliny , skierowane tubuliną alfa w strone tubuliny gamma . do wolnego
bieguna- bieguna plus, mog a przyłączac się kolejne dimery
-końcowy dimer jest połączony z GTP , a wewnętrzne dimery z GDP. Stabilizuje to strukturę
mikrotubul
- kolchicyna, kolcemid,nokodazol(blokowanie polimeryzacji mikrotubul) winblastyna,
winkrystyna, benomyl,podofyllatoksyna(tworzenie agregatów tubuliny zamiast mikrotubul) ,
taksol (stabilizacja mikrotubul)
Białka towarzyszące mikrotubulom
- do ważniejszych należą białka oczapkowujące, które zabezpieczają końce mikrotubul przed
depolimeryzacją 9 wystepuja w błonie organelli lub blonie kom) np. z rodziny KAR
-białko tau łączy mikrotubule w pęczki w aksonach, MAP2 w dendrytach
-kateniny , łacza mikrotubule z innymi elementami cytoszkieletu
-jednym z rodzajów są białka motoryczne umożliwiające transport wewnątrzkomórkowy, sa
to kinezyny i dyneiny:
-> zbudowane z dwóch podjednostek, które tworza 2 główki i 1 wspólny ogonek . główki
mogą się łaczyc z z podjednostkami tubuliny , a ogonki z innym strukturami komórkowymi
->główki mogą hydrolizowac ATP naprzemiennie (raz jedna głowka raz druga) dzięki czemu
główka może odłaczac się od tubuliny i „kroczyć” po niej
KINEZYNA OD – DO + , DYNEINA OD + DO –
-białka motoryczne uczestniczą w transporcie aksonalnym i decydują o rozmieszczeniu
organelli komórkowych we wszystkich komórkach
-> aparat Golgiego wiąże się z dyneiną , która przysiąga jego elementy do środka komórki.
Siateczka śródplazmatyczna wiąże się z kinezyną, która rozciąga ja po całej cytoplazmie
-> w aksonie koniec + skierowany jest w stronę synapsy . transport postępowy zachodzi za
pomocą kinezyn, a wsteczny za pomocą dynein
Struktury komórkowe zbudowane z mikrotubul
-wystepują 2 frakcje: LABILNE i TRWAŁE
-centriole występują zwykle w parze w okolicy jądra komórkowego ustawione prostodaple
do siebie . Jest to komórkowy walec ze ścianą zbudowaną z z 9 tripletów mikrotubul .
->podobnie do centrioli zbudowane sa ciałka podstawowe – centra nukleacji dla aksonem
rzęsek i witek
-aksonema , zbudowana z 9 dubletów mikrotubul wyrastających z tripletów ciałek
podstawowych i dwóch połczonych mikrotubul niemających odpowiednika w ciałkach
podstawowych . --- ruch aksonemy jest zależny od dyneiny rzęskowej (aksonemalnej)
znajduje się ona miedzy dubletami mikrotubul (główki na jednym dublecie, ogon na
drugim)
-wrzeciono kariokinetyczne . w interfazie dochodzi do replikacji centrioli, a w profazie do ich
przemieszczania się do biegunów komórkowych, co stopniowo powoduje rozpad mikrotubul
cytoplazmatycznych. Z uwolnionej tubuliny powstają nowe mikrotubule tworzące wrzeciono
kariokinetyczne .
-3 rodzaje mikrotubul: kinetochorowe (utrzymują początkowo chromosomy w
płytce metafazalnej, astralne (łącza centrosomy z białkami kory komórki), biegunowe(łączą
się ze sobą stabilizując cały układ)
FILAMENTY pośrednie
-jednostka strukturalną jest białko włókienkowe, zwane monomerem . najdluższa jej czesc
srodkowa ma charakter alfa-helisy, a na N końcu znajduje się głowa, na C końcu ogon -
białka włókienkowe tworzą dimery poprzez nawinięcie odcinków środkowych wokół siebie
, z głowami w jedną stronę-dimery łączą się przeciwbieżnie tworząc tetramer -tetramery
łaczą się ze sobą koniec do końca tworząc protofilament-a także bok do boku tworząc
protofibrylę – filament pośredni (na przekroju poprzecznym maja 8 tetramerów)
-tworzą pęczki lub sieci przyczepiające się do błony kom. I otoczki jądrowej oraz łączą się z
innymi składnikami cytoszkieletu dzięki białkom towarzyszącym filamentom pośrednim
(IFAP), synemina i skelemina w kom. Mięśni szkieletowych , filagryna w kom. Nabłonkowych
-znanych jest kilka zasadniczych rodzajów białek budujących filamenty pośrednie . czesc z
nich tworzy homodimery (filamenty cytokeratynowe, neurofilamenty, filamenty
wimetynowe), czesc heterodimery (desmina, kwaśne białko glejowe GFAP tworza
heterodimery z wimentyną)
Występowanie białek wchodzących w skład filamentów pośrednich :
Cytokeratyny kamórki nabłonkowe i ich wytwory
Wimentyna komórki mezenchymalne
Desminakomórki mięśniowe
GAFPniektóre kom. Glejowe
Białko neurofilamentówneutrony
Laminy jądrowe  jądra wszystkich komórek
Nestynarozwijajace się neurony
Peryferyna wystepuje w neuronach dojrzałych w połaczeniu z białkami neurofilamentów
Rodzaje filamentów pośrednich i rodzaje budujących je białek:
Cytokeratynowe keratyna (heterodimery różnych typów np. keratyna 1, keratyna
10)cytoplazma kom. Nabłonkowych
Neurokeratynowe neurokeratyna (heterodimery różnych typów
neurokeartyn)cytoplazma neuronów
Wimentynowehomodimery wimentynycytoplazma fibroblastów i innych
kom.mezenchymalnych
Glejoweheterodimery wimentyny i GAFPcytoplazma kom.glejowych
Desminoweheterodimery wimentyny i desminycytoplazma kom.mięśniowych
Laminowelaimna(heterodimery różnych typów lamin)jądra wszystkich kom.
-defekty filamentów keratynowych : zywkłe pęcherzowe oddzielenie się naskórka (znaczne
osłabienie wytrzymałości naskórka , którego przyczyną jest nieprawidłowość strukturze
filamentów cytokeratynowych  mutacja w genie kodującym keratyny 5 i 14), wrodzona
rybia łuska(nadmierne rogowacenie dłoni i stóp w wyniku mutacji genu dla keratyny 9
-choroby autoimmunoagresyjne : pecherzyca zwykła (pęcherze środnaskórkowe w efekcie
działania autoprzeciwciał IgG skierowanych przeciwko desmogleinie 3 obecej w
desmosomach ), pemfigoid pęcherzowy (pęcherze podnabłonkowe , autoprzeciwciała IgG
skierowane przeciwko białkom tworzącym hemidesmosomy np. plektyna, integryna alfa6-
beta4, laminina 5 )
-choroby wywołane nieprawidłościami w budowie lamin jądrowych :laminopatie : choroba
Charcotta-Marie’a-Tootha
mikrofilamenty
-filamenty aktynowe – polimery globularnej aktyny G (ma kilka izoform: aktyna alfa- w
mięsniach, beta- cytoplazma większości komórek, gamma-mięsnie gładkie trzewi)
-polimery aktyny G (aktyna F)okręcają się wokół siebie tworząc filament aktynowy, który jest
spolaryzowany
-polimeryzacja monomerów aktyny G może zachodzić jedynie związania z cząsteczka ATP
-alkaloid cytochalazyna , latrunkulina , łaczą się z aktyną G , blokując polimeryzację .
faloidyna , łączy się z aktyną F i stabilizuje filamenty
-„dynamiczna stabilność”-na końcach plus filamentów cząsteczki aktyny G sa
odbudowywane, na końcu minus oddysocjowują
- ABP ; profilina-ułatwia polimeryzacjew aktyne F, fimbryna, alfa-aktynina-decydują o
organizacji filamentów w pęczki lub sieci, filamina-łaczy filamenty w sieci, nadając
cytoplazmie charakter żelu , gelsolina-białko wiązace aaktynę, które w obecności jonów
wapnia zrywa wiązania krzyżowe filaminy, zmieniając żel w zol
-tworzenie odgałęzień bocznych filamentów aktynowych umożliwia kompleks Arp
2/3(action-related proteins), które do pełnienia swoich funkcji potrzebują białek
aktywacyjnych WASP. Mutacja genu WASP wywołuje zaspeół Wiskotta-Aldricha,
objawiający się m.in. infekcjami dróg oddechowych i skóry, jako efekt upośledzonej funkcji
limfocytów T i B
-lamelipodium jest cienka blaszką cytoplazmy zwróconą w kierunku ruchu komórki (po
podłożu) , blaszka ta zawiera duże ilości fil.aktynowych . nowo tworzące się filamenty
aktynowe tworzą palczaste wypustki cytoplazmy , zwane filopodiami , które zaczynają łączyc
się z podłożem , co wytwarza naprężenia powodujące oderwanie się od podłoża części tylnej
komórki . w części tylnej dochodzi do depolimeryzacji filamentów i uwolniona aktyna
przemieszcza się do przodu
-podczas kontaktu komórki z podłożem może dochodzić do wytworzenia się przyczepów
ogniskowych , w których dzięki licznym białkom sa zakotwiczone filamenty aktynowe
tworzące włókienka naprężeniowe
-duże skupiska filamentów aktynowych pod plazmalemmą tworzą KORE KOMÓRKI . w
wielu komórkach nabłonkowych spektryna II oraz ezryna łączą dodatkowo pęczki filamentów
aktynowych cytoplazmatycznych , wytwarzając siateczkę graniczną , która łączy się z
połączeniami zwierającymi (w kom.mieśniowych dystrofina, w płytkach krwi filamina, w
neurocytach fodryna)
-MIKROKOSMKI występują na wolnej pow. Komórek nabłonków pokrywających. Maja rdzen
zbudowany z pęczka 20-30 filamentów aktynowych z ABP
Bocznie fil.aktynowe przymocowane są do błony kom. Miozyną I i kalmoduliną , a między
sobą za pomocą wiliny i fimbryny , u podstawy zaś za pomocą spektryny II .
cytoplazmatyczne zakończenia fil.aktynowych łączą się z siateczka graniczną
-białka motoryczne związane z aktyną
Miozyna II- dwie głowy zbudowane z części globularnej łańcucha ciężkiego miozyny i
przyłączonych dwóch łańcuchów lekkich . ogon jest superhelisa dwóch wydłużonych części
łańcuchów ciężkich . w mięśniach szkieletowych miozyna II polimeryzuje tworząc
miofilamenty grube
Miozyna I – składa się z jednej głowy i krótkiego ogona. Budowa ogona różni w zaleznosci od
przyłączanej struktury obłonionej . odpowiedzialna jest za transport organelli wzdłuż
filamentów aktynowych
Miozyna V –budowana podobna jak w m.II . końcowa cześc ogona wiąże się z białkami
obecnymi na błonie pęcherzyków cytoplazmatycznych
Aparat kurczliwy mięśnia
-jednostką strukturalną miofibryli są sarkomery . w skład sarkomeru wchodzi : linia Z, połowa
prążka I, prążek A (prążek H i M), połowa prążka I ,linia Z
-miofilament cienki zbudowany jest z aktyny, tropomiozyny i troponiny (C, T , I).
podjednostka C łączy jony wapnia , przez co T i I odsłaniają miejsca wiązania miozyny.
Zakotwiczone w liniach Z dzięki alfa-aktyninie i winkulinie
-miofilament gruby zbudowany z miozyny i białka C . ogon z łańcuchow ciężkich i głowy
zdolne do wiązania aktyny i ATP. Polączone z liniami Z za pomocą titiny
-filamenty desminowe (pośrednie) oplatają całą miofibrylę. Utrzymują spoistość miofibyli
dzięki IFAP syneminie i skeleminie. Do błony kom. Przyczepiają się dzięki IFAP ankirynie i
paraneminie
-triada mięśniowa : kanalik T, 2 cysterny brzeżne . kanalik T to rurkowate wpuklenie
sarkolemy na granicy prążka A i I . cysterny brzeżne to wyspecjalizowana czesc sieteczki
śródplazmatycznej gładkiej otaczającej każdą miofibrylę, mają zdolność gromadzenia Ca2+
dzięki pompie wapniowej wmontowanej w błone cystern . przez kanały wapniowe jony sa
uwalniane pod wpływem depolaryzacji kanalików T
-mechanizm skurczu mięśnia szkieletowego
 Bodziec nerwowy (Ach) powoduje depolaryzacje sarkolemy
 Depolaryzacja dochodzi do kanalików T i powoduje otwarcie kanałów wapniowych
cystern brzeżnych
 Wzrost stężenia jonów wapnia w obszarze cytoplazmy
 Łączenie jonów wapnia z troponiną  odsłonięcie miejsc wiązania miozyny na
aktynie
 Głowy miozyny naprzemiennie rozkładają ATP krocząc po aktynie
 Miofilamenty cienkie wsuwają się miedzy miofilamenty grube (skracanie
sarkomerów)
 Samoczynna repolaryzacja
 Zamknięcie kanałów wapniowych . troponina traci jony wapnia. Aktyna odłcza się od
miozyny
- w komórkach mięśnia sercowego występują wstawki zbudowane z: desmosomów ,
łączących filamenty deminowe komórek, stref zwierających łączących filamenty aktynowe
komórek , oraz połączenia typu neksus
-w mięśniach gładkich miofilamenty cienkie są zbudowane z aktyny i tropomiozyny , a rolę
troponiny pełni rozproszona w cytoplazmie kalmodulina . kaldesmon wiąże się z aktyna ,
uniemożliwiając przyłączenie się miozyny . kom. Nie posiadaja triad
W kom. Występują ciałka gęste w cytoplazmie, płytki mocujące (zbudowane z alfa-aktyniny i
są miejscami przyczepu filamentów aktynowych i pośrednich) przyłączone do sarkolemy
Skurcz następuję dzięki:
 fosforylacji głów miozyny przez kinaze miozynowa
 Usuniecia kaldesmonu
 Wzrostowi wewnątrzkomórkowemu cAMP i jonów wapnia aktywujących kalmodulinę