Interested Article - Микротрубочки

lauretta
  • 2020-06-05
  • 2

Структура микротрубочек

Микротрубочки — белковые внутриклеточные структуры, входящие в состав цитоскелета .

Микротрубочки представляют собой полые цилиндры диаметром 25 нм . Длина их может быть от нескольких микрометров до, вероятно, нескольких миллиметров в аксонах нервных клеток. Их стенка образована димерами тубулина . Микротрубочки, подобно актиновым микрофиламентам , полярны: на одном конце происходит самосборка микротрубочки, на другом — разборка. В клетках микротрубочки играют роль структурных компонентов и участвуют во многих клеточных процессах, включая митоз , цитокинез и .

Строение

Микротрубочки — это структуры, в которых 13 , состоящих из гетеродимеров α- и β- тубулина , уложены по окружности полого цилиндра. Внешний диаметр цилиндра около 25 нм, внутренний — около 15.

Один из концов микротрубочки, называемый плюс-концом, постоянно присоединяет к себе свободный тубулин. От противоположного конца — минус-конца — тубулиновые единицы отщепляются.

β-тубулин

В образовании микротрубочки выделяют три фазы:

  • Замедленная фаза, или нуклеация . Это этап зарождения микротрубочки, когда молекулы тубулина начинают соединяться в более крупные образования. Такое соединение происходит медленнее, чем присоединение тубулина к уже собранной микротрубочке, поэтому фаза и называется замедленной.
  • Фаза полимеризации , или элонгация . Если концентрация свободного тубулина высока, его полимеризация происходит быстрее, чем деполимеризация на минус-конце, за счёт чего микротрубочка удлиняется. По мере её роста концентрация тубулина падает до критической, и скорость роста замедляется вплоть до вступления в следующую фазу.
  • Фаза стабильного состояния. Деполимеризация уравновешивает полимеризацию, и рост микротрубочки останавливается.

Лабораторные исследования показывают, что сборка микротрубочек из тубулинов происходит только в присутствии гуанозинтрифосфата и ионов магния .

Динамическая нестабильность

Микротрубочки являются динамическими структурами и в клетке постоянно полимеризуются и деполимеризуются . Центросома , локализованная вблизи ядра , выступает в клетках животных и многих протистов как центр организации микротрубочек ( ЦОМТ ): они растут от неё к периферии клетки. В то же время микротрубочки могут внезапно прекратить свой рост и укоротиться обратно по направлению к центросоме вплоть до полного разрушения, а затем вырасти снова. При присоединении к микротрубочке молекулы тубулина, несущие ГТФ , образуют «шапочку», которая обеспечивает рост микротрубочки. Если локальная концентрация тубулина падает, связанная с бета-тубулином ГТФ постепенно гидролизуется. Если полностью гидролизуется ГТФ «шапочки» на +-конце, это приводит к быстрому распаду микротрубочки. Таким образом, сборка и разборка микротрубочек связана с затратами энергии ГТФ.

Динамическая нестабильность микротрубочек играет важную физиологическую роль. Например, при делении клетки микротрубочки растут очень быстро и способствуют правильной ориентации хромосом и образованию митотического веретена .

Функция

Микротрубочки в клетке используются в качестве «рельсов» для транспортировки частиц. По их поверхности могут перемещаться мембранные пузырьки и митохондрии . Транспортировку по микротрубочкам осуществляют белки , называемые моторными . Это высокомолекулярные соединения, состоящие из двух тяжёлых (массой около 300 кДа ) и нескольких лёгких цепей. В тяжёлых цепях выделяют головной и хвостовой домены . Два головных домена связываются с микротрубочками и являются собственно двигателями, а хвостовые — связываются с органеллами и другими внутриклеточными образованиями, подлежащими транспортировке.

Выделяют два вида моторных белков:

Динеины перемещают груз только от плюс-конца к минус-концу микротрубочки, то есть из периферийных областей клетки к центросоме . Кинезины , напротив, перемещаются к плюс-концу, то есть к клеточной периферии.

Перемещение осуществляется за счёт энергии АТФ . Головные домены моторных белков для этого содержат АТФ-связывающие участки.

Помимо транспортной функции, микротрубочки формируют центральную структуру ресничек и жгутиков — аксонему . Типичная аксонема содержит 9 пар объединённых микротрубочек по периферии и две полных микротрубочки в центре. Из микротрубочек состоят также центриоли и веретено деления , обеспечивающее расхождение хромосом к полюсам клетки при митозе и мейозе . Микротрубочки участвуют в поддержании формы клетки и расположения органоидов (в частности, аппарата Гольджи ) в цитоплазме клеток.

Растительные микротрубочки

Микротрубочки растений являются высокодинамическими составляющими цитоскелета , которые вовлечены в важные клеточные процессы, в частности, сегрегацию хромосом , формирование фрагмопласта , , внутриклеточный транспорт, а также в поддержание постоянной формы и полярности клетки. Мобильность микротрубочек обеспечивается динамической нестабильностью, передвижением полимеров моторными белками, (англ.) ( ) и гибридным механизмом с динамической нестабильностью плюс-конца и медленной деполимеризацией минус-конца .

Организация и динамика

Микротрубочки, подсвеченные зелёным флуоресцентным белком (внизу, в центре)

Микротрубочки чрезмерно чувствительны к биотическим и абиотическим факторам окружающей среды (холоду, освещению, засухе, засолению, влиянию гербицидов и пестицидов , затоплению, сжатию, воздействию электрического поля , давлению и силе тяжести), а также к фитогормонам , антимитотическим препаратам и ряду других биологически активных соединений . Микротрубочки являются полыми полярными цилиндрическими филаментами диаметром свыше 24 нм, которые собираются из гетеродимеров α-и β- тубулина , которые в положении «голова-к-хвосту» формируют 13 протофиламентов.

Существенное ограничение иммуногистохимических исследований состоит в невозможности прижизненной визуализации динамики микротрубочек эукариотических и прокариотических клеток в режиме реального времени. Это ограничение было преодолено благодаря применению конфокальной микроскопии с зелёным флуоресцентным белком , изолированным из медузы Aequorea victoria L. . Репортёрная конструкция GFP-MBD для гетерологической трансформации даже при низком уровне транзиентной экспрессии in vivo и in vitro позволяет визуализировать динамическую нестабильность микротрубочек в разных типах клеток корня .

В клетках высших растений присутствуют четыре типа построений микротрубочек :

Белки, ассоциированные с микротрубочками

Все компоненты цитоскелета и другие органеллы связаны между собой рядом специфических белков, ассоциированных с микротрубочками ( БАМ ). В животных клетках наиболее исследованными БАМ является tau и БАМ2 , которые стабилизируют микротрубочки и присоединяют их к другим клеточным структурам, а также транспортные белки динеин и кинезин . Функционирование различных групп растительных микротрубочек зависит от наличия изоформ БАМ из семьи БАМ 65 и регуляторных киназ и фосфатаз . В частности, высококонсервативный животный гомолог семьи БАМ65 важен для получения микротрубочками определенных конфигураций на протяжении развития растения . Ориентация и организация различных популяций и типов построений микротрубочек является ткане- и органоспецифической .

Построение корня Резуховидки Таля ( Arabidopsis thaliana L.) типично для двудольных растений . Ближайшим к поверхности корня является эпидермальный слой , клетки которого в зрелой зоне в зависимости от способности инициировать развитие корневых волосков являются трихобластами или атрихобластами . Глубже расположены накопительный безхлоропластный кортикальный слой с многочисленными межклетниками и плазмодесмами и слой эндодермальных клеток с поясками Каспари на антиклинальных поверхностях . Центральный цилиндр корня формируют паренхимные клетки перицикла , которые способны к быстрому делению, и элементы ксилемы и флоэмы . Присутствует и функциональное разграничение корневых зон: зоны деления, элонгации , созревания, а также переходная зона на границе зон инициации и элонгации . С перициклом формируются боковые корни, а с трихобластами эпидермального слоя — корневые волоски . Кончик корня покрыт корневым чехликом со специфической морфологией клеток колумеллы .

Кортикальные микротрубочки

Ацентросомальные кортикальные микротрубочки ( КМТ ) важны для морфогенеза растений, регуляции клеточного деления и элонгации . Высокодинамическая популяция мембраносвязанных коротких КМТ быстро реориентуется из интерфазного поперечного положения в продольное при элонгации клетки . Ацентросомальные кортикальные микротрубочки имеют неупорядоченное размещение плюс-концов и обнаруживают динамическую нестабильность, а свободные минус-концы КМТ медленно деполимеризируются, то есть КМТ самоорганизуются гибридным механизмом динамической нестабильности и тредмилинга . Энуклеация происходит по всей поверхности плазматической мембраны . Белок SPR1 регулирует динамику и организацию плюс-конца КМТ растений, что сказывается на анизотропном росте клетки . Ацентросомальные кортикальные микротрубочки располагаются параллельно целлюлозным микрофибриллам , правильная организация КМТ является существенной для нормального синтеза клеточной стенки . Установлено, что КМТ объединяются в узлы, которые часто пересекаются для стабилизации микротрубочек и удержания белков на их поверхности .

Латеральные цилиндрические выросты трихобластов, корневые волоски, достигают значительной длины относительно собственной толщины с достаточно постоянным диаметром у Arabidopsis thaliana L. (незрелые ~ 6—10 нм; зрелые — более 1 мм) и характеризуются высокополярной цитоархитектурой . Удлинение их происходит посредством верхушечного роста ( англ. ) путём поляризованного экзоцитоза , который отмечается возвратно-фонтанным током цитоплазмы, градиентом цитоплазматического Ca 2+ , активностью F- актина и смещением клеточного содержимого к верхушке волоска. На ранних стадиях развития корневые волоски 3-дневных проростков Arabidopsis thaliana L. растут со скоростью 0,4 мкм/мин, ускоряясь позже до 1—2,5 мкм/мин .

Растительным клеткам присуща организованная популяция кортикальных микротрубочек , которая в корневых волосках присутствует на всех уровнях развития . При переходе из зачаточного состояния в состояние удлинения, кортикальные микротрубочки верхушки волосков не визуализируются, поскольку появляются эндоплазматические микротрубочки. Кортикальные микротрубочки ориентированы продольно или спирально . У кукурузы ( Zea mays L.) и латука посевного ( Lactuca sativa L.) инициация роста корневых волосков связана с реорганизацией популяции КМТ в . Эта популяция контролирует стабильность и направление апикального роста корневых волосков . Сравнение четырех стандартных параметров динамической нестабильности КМТ in vivo — уровня ростовой активности, скорости разборки, частоты переходов от разборки к росту («спасение») и наоборот («катастрофа») выявило, что кортикальные микротрубочки (КМТ) молодых корневых волосков являются динамичными, потому что зрелые. Сетка микротрубочек реорганизуется в ответ на меняющиеся параметры окружающей среды и стимулы дифференциации путём варьирования показателей динамической нестабильности .

См. также

Примечания

  1. Протофиламе́нт (от др. греч. πρώτος «первый» и англ. filament «нить») - субъединица 2-3 нм диаметром, участвует в создании промежуточных филаментов . Формируется из антипараллельных тетрамер с амино- и карбоновых групп на концах, и, является структурной составляющей микротрубочек. B. Alberts, A. Johnson, D. Lewis, et al. - Molecular biology of the cell, 2012.
  2. ↑ Shaw et al., 2003.
  3. Weber and Westermann, 2003.
  4. Ueda, 1999.
  5. Транзиентная экспрессия (от лат. transitus — переход, прохождение и expressio — выражение) — непродолжительная (временная) экспрессия клонированного гена, введенного в непермиссивную клеточную систему с помощью трансфекции и не интегрированного с геномом клетки-хозяина.
  6. Marc et al., 1998.
  7. ↑ Wasteneys and Yang, 2004.
  8. Barlow and Balushka, 2000.
  9. ↑ Goddard et al., 1994.
  10. Lloyd, 1994.
  11. Sugimoto et al., 2000.
  12. ↑ Dolan et al., 1993.
  13. Рейвн и др., 1990.
  14. Dixit et al., 2006.
  15. ↑ Yuan et al., 1994.
  16. Dixit and Cyr , 2004.
  17. ↑ Lloyd., 1994.
  18. Baskin et al., 2004.
  19. Burk et al., 2006.
  20. ↑ Dolan et al., 1994.
  21. Sieberer et al., 2002.
  22. ↑ Van Bruaene et al., 2004.
  23. Sieberer et al., 2005
  24. Balusˇka et al., 2000.
  25. Geitmann and Emons, 2000.
  26. Bibikova et al., 1999.
  27. ↑ Vassileva et al., 2005.

Литература

  • Дж. М. Фаллер, Д. Шилдс. Молекулярная биология клетки. Руководство для врачей. Пер. с англ. — М.: «БИНОМ», 2006. — 256 с.
Источник —

lauretta
  • 2020-06-05
  • 2
  • Tags:

Same as Микротрубочки

The title for the last searches