AKTIN: JELLEMZŐK, SZERKEZET, SZÁLAK, FUNKCIÓ - BIOLÓGIA - 2026

Az aktin egy citoszolos protein, amely mikrofilamenteket képez. Az eukariótákban az aktin az egyik leggyakoribb fehérje. Például az izomsejtek teljes fehérje 10% -át képviseli; és a fehérje 1-5% -a nem izomsejtekben.

Ez a fehérje, a közbenső filamentumokkal és mikrotubulumokkal, képezi a citoszkeletont, amelynek fő funkciója a sejt mobilitása, a sejt alakjának fenntartása, a sejtosztódás és az organellák mozgása növényekben, gombákban és állatokban.

Forrás: Sarcomere.svg: David Richfield (Slashme felhasználó) származékos munkája: Retama

Az aktin citoszkeleton izoformái különböző funkciókkal rendelkeznek, mint például: a simaizom aktív feszültségének kialakulásának szabályozása, a sejtciklus, az embriók fejlődése, a szövetek fejlődése és a sebgyógyulás.

Evolúciós szempontból az aktin erősen konzervált protein. A különböző fajokban körülbelül 90% -os szekvencia-homológia van. Az egysejtű szervezetekben egyetlen gén kódolja az aktin izoformát. Míg a többsejtű szervezetekben a különböző gének az aktin több izoformáját kódolják.

Az aktin és a miozin együttesen kritikus struktúrák voltak az eukarióta organizmusok evolúciós evolúciójában és diverzifikációjában, mivel más struktúrák, például flagella és cilia hiányában lehetővé tették a mozgást.

Szerkezet: aktin szálak

Az aktin egy globális, egyláncú polipeptidfehérje. Az izomban az aktin molekulatömege megközelítőleg 42 KDa.

Ennek a fehérjének két doménje van. Mindegyiknek két altartománya van, és különbség van a domének között. ATP - Mg ⁺² kötődik a hasadék aljához. Az amino- és karboxilcsoportok az 1. aldomainben találkoznak.

Aktin G és F aktin

Az aktinnak két fő formája van: az aktin monomer, az úgynevezett G-aktin; és egy fonalas polimer, amely G-aktin monomerekből áll, úgynevezett F-aktin. Az elektronmikroszkóppal megfigyelt aktin filamentumok szűk és széles régiók, átmérőjük 7 nm, illetve 9 nm.

Az izzóspirál mentén az aktin monomerek szorosan csomagolt kettős spirált alkotnak. Az izzószálon lévő ismétlődő egység 13 heliklikából és 28 aktin monomerből áll, és 72 nm távolságra van.

Az aktinszálnak két vége van. Az egyiket az ATP-Mg ^+2- hez csatlakozó rés alkotja, amely az izzószál összes aktinmonomerjében azonos irányban helyezkedik el, az úgynevezett (-) vég; és a másik vége az ellenkező, úgynevezett (+) vége. Ezért azt állítják, hogy az aktinszál polaritással rendelkezik.

Ezeket az összetevőket gyakran mikroszálaknak nevezik, mivel ezek a legkisebb átmérőjű citoszkeleton alkotóelemei.

Hol találunk aktint?

Az aktin rendkívül gyakori fehérje az eukarióta szervezetekben. Az összes sejtfehérjéből az aktin körülbelül 5-10% -ot tesz ki - a sejt típusától függően. A májban, például minden olyan sejtet, amely teszik ki szinte 5,10 ⁸ aktin molekulák.

jellemzők

Az aktin két formája, a monomer és az szál, folyamatosan dinamikus egyensúlyban van a polimerizáció és a depolimerizáció között. Általában ennek a jelenségnek három fő jellemzője van:

1) Az aktinszálak az izomszövet szerkezetére és az eukarióta sejtek citoszkeletonjára jellemzőek.

2) A polimerizáció és a depolimerizáció egy szabályozott folyamat. Ahol a G - ATP - Mg ⁺² aktin monomerek polimerizációja vagy aggregációja mindkét végén fordul elő. Az, hogy ez a folyamat megtörténjen, a környezet feltételeitől és a szabályozó fehérjéktől függ.

3) Az aktin citoszkeletont alkotó kötegek és retikulumok képződése erősíti a sejtmobilitást. Ez attól a fehérjéktől függ, amelyek részt vesznek a keresztkötések kialakulásában.

Jellemzők

Izomösszehúzódás

A vázizom funkcionális és szerkezeti egysége a sarkomer, amely kétféle filamentummal rendelkezik: az aktin által alkotott vékony filamentumok és a myosin által alkotott vastag filamentumok. Mindkét izzószál felváltva, pontos geometriai módon van elrendezve. Lehetővé teszik az izmok összehúzódását.

A vékony szálak a Z-korongoknak nevezett régiókhoz vannak rögzítve.Ez a régió egy szálak hálózatából áll, amelyben megtalálható a CapZ fehérje, és amelyhez az aktinszálak végei (+) rögzítve vannak. Ez a horgony megakadályozza a (+) vég depolimerizációját.

Másrészt a tropomodulin az aktinszálak végén (-) helyezkedik el, és megóvja őket a depolimerizációtól. Az aktin mellett a vékony filamentumok tropomyosint és troponint is tartalmaznak, amelyek az aktomyosin kölcsönhatások szabályozására szolgálnak.

Hogyan történik az izmok összehúzódása?

Az izom összehúzódása során a vastag szálak elfordító mozgásokat hajtanak végre, és a vékony szálakat a sarkomer közepe felé húzzák. Ez a durva és vékony szálak csúszását okozza.

Így a vastag és vékony szálak hossza állandó marad, de az átfedés mindkét szálak között növekszik. A vékony szálaknak a Z tárcsákhoz való rögzítése miatt csökken a sarkomer hosszúsága.

Hogyan állíthatja le az izmok összehúzódását?

Az ATP a cella energia pénzneme. Ezért szinte mindig elérhető az élő izomszövetekben. A fentiek figyelembevételével olyan mechanizmusoknak kell lenniük, amelyek lehetővé teszik az izom pihenését és a kontrakciók leállítását.

Két protein, tropomyosin és troponin, alapvető szerepet játszik ebben a jelenségben. Ezek együttesen blokkolják a miozin kötőhelyeit (ezáltal megakadályozzák annak aktinhoz való kötődését). Ennek eredményeként az izom ellazul.

Ezzel szemben, amikor egy állat meghal, a rigor mortis néven ismert jelenséget tapasztalja meg. A hasított test edzéséért a miozin és az aktin kölcsönhatásának blokkolása röviddel az állat halála után felelős.

Ennek a jelenségnek az egyik következménye az ATP szükségessége a két fehérje molekula felszabadításához. Logikus módon, a halott szövetekben nem áll rendelkezésre ATP, és ez a felszabadulás nem fordulhat elő.

Másfajta mozgás

Ugyanaz a mechanizmus, mint amit leírtunk (később belemerülünk a mozgás alapjául szolgáló mechanizmusba), nem korlátozódik az állatok izomösszehúzódására. Felelős az amőba mozgásokért, amelyeket az amébaban és néhány gyarmati formában megfigyelünk.

Hasonlóképpen, az algákban és a szárazföldi növényekben megfigyelt citoplazmatikus mozgást hasonló mechanizmusok vezérlik.

Az aktinszál polimerizáció és depolimerizáció szabályozása

A simaizomszövet és a sejtek összehúzódása növeli az F-aktint és csökkenti a G-aktint. Az aktin polimerizációja három szakaszban zajlik: 1) nukleizáció, lassú lépés; 2) meghosszabbítás, gyors lépés; és 3) egyensúlyi állapot. A polimerizáció sebessége megegyezik a depolimerizáció sebességével.

Az aktinszál gyorsabban növekszik a (+) végén, mint a (-) végén. A megnyúlás aránya arányos az aktin monomerek azon koncentrációjával, amely egyensúlyban van az aktin filamentumokkal, úgynevezett kritikus koncentrációnak (Cc).

A (+) vég Cc értéke 0,1 uM, a (-) vég esetében 0,8 uM. Ez azt jelenti, hogy az (+) vég polimerizációjához 8-szor kevesebb aktin-monomerek koncentrációja szükséges.

Az aktin polimerizációját főként a béta-timóz (TB4) szabályozza. Ez a protein megköti a G aktint és megtartja azt, megakadályozva azt, hogy polimerizálódjon. Míg a profilin stimulálja az aktin polimerizációját. A profilin kötődik az aktin monomerekhez, megkönnyítve a (+) végén a polimerizációt az aktin-TB4 komplex disszociációján keresztül.

Más tényezők, például az ionok növekedése (Na ⁺, K ⁺ vagy Mg ⁺²) elősegítik a szálak képződését.

Az aktin citoszkeleton kialakulása

Az aktin citoszkeleton kialakulásához keresztkötések kialakítása szükséges az aktin filamentumok között. Ezeket a kötéseket olyan fehérjék alkotják, amelyek kiemelkedő tulajdonságai: aktinkötő doménekkel rendelkeznek; sokukban a kalponinnal homológ domének vannak; és mindegyik fehérje típus egy adott sejt típusban expresszálódik.

A filopodia és a stressz rostokban az aktin szálak közötti keresztkötéseket fascina és filamin készíti. Ezek a fehérjék az aktin filamentumok párhuzamosságát vagy eltérő szöget okoznak. Így az aktin filamentumok meghatározzák a sejt alakját.

A sejt azon része, amelyben a legtöbb aktinszál van, a plazmamembrán közelében helyezkedik el. Ezt a régiót kéregnek nevezik. A kortikális citoszkeleton a sejt típusától függően különböző módon van felépítve, és kötőfehérjék útján kapcsolódik a plazmamembránhoz.

A legjobban leírt citoszkeletonok az izomsejtek, a vérlemezkék, az epiteliális sejtek és az eritrociták. Az izomsejtekben például a disztrofint kötő protein köti az aktinszálakat a membránban lévő integrált glikoprotein komplexhez. Ez a komplex kötődik az extracelluláris mátrix fehérjékhez.

Aktin-miozin kölcsönhatás modellje

A Rayment vezette kutatók négylépcsős modellt javasoltak az aktin és a miozin kölcsönhatásának magyarázata céljából. Az első lépés az ATP-nek a miozinfejekhöz történő kötésével jár. Ez a kötés konformációs változást vált ki a fehérjében, felszabadítva azt az aktinból a kis szálban.

Az ATP-t ezután ADP-hez hidrolizálják, szervetlen foszfátot szabadítva fel. A miozin molekula egy új aktin alegységhez kapcsolódik, nagy energiájú állapotot generálva.

A szervetlen foszfát felszabadulása megváltoztatja a miozinot, visszatérve a kezdeti konformációhoz és a kis szálak mozgásához, a vastag szálakhoz viszonyítva. Ez a mozgás a sarkomer két végének mozgását okozza, közelebb hozva őket.

Az utolsó lépés az ADP kiadását foglalja magában. Ezen a ponton a miozin feje szabad és új ATP molekulához kötődik.

Aktivitás aktin polimerizáció által

A feltérképező motilitás a sejtek mozgékonyságának egyik fajtája. Az ilyen típusú mozgékonyság lépései a következők: a tapadási vezető tengelyének kihúzása az aljzat felé; tapadás az aljzathoz; hátsó visszahúzás; és eltapadás.

A vezető tengely kivetítéséhez olyan fehérjék részvétele szükséges, amelyek részt vesznek az aktin filamentumok polimerizációjában és depolimerizációjában. A vezető tengely a sejtkéregben található, amelyet lamellipodiumnak hívnak. A tengely vetítési lépései a következők:

- A receptorok aktiválása extracelluláris szignál által.

- Aktív GTPázok és 4,5-bisz-foszfát-foszfoinositol (PIP ₂) képződése.

- A WASp / Scar és Arp2 / 3 fehérjék aktiválása, amelyek kötődnek aktin monomerekhez, hogy ágakat képezzenek aktin filamentumokban.

- Az aktinszálak gyors növekedése az ág miozinokkal díszített végén. A membránt előre toljuk.

- A kabátfehérjék által előidézett megnyúlás befejezése.

- Aktinhoz kötött ATP hidrolízise régebbi filamentumokban.

- Az ADF / kofilin által elősegített filamentek aktin-ADP polimerizációja.

- Az ADP cseréje az ATP-vel a profilinnal katalizált, amely G-ATP aktint hoz létre, amely készen áll az elágazások meghosszabbítására.

Aktinnal kapcsolatos betegségek

Izomsorvadás

Az izomdisztrófia a vázizom degeneratív betegsége. Recesszíven öröklődik és kapcsolódik az X kromoszómához, elsősorban a férfiakat érinti, amelyek magas frekvenciájúak a populációban (minden 3500 férfiből egy). Ezeknek a férfiaknak az anyjai heterozigóták, tünetmentesek, és előfordulhat, hogy családjukban nincs.

Az izomdisztrófia két formája, a Duchenne és a Becker, mindkettőt a dystrophin gén hibái okozzák. Ezek a hibák olyan deléciókból állnak, amelyek eltávolítják az axonokat.

A disztrofin egy olyan protein (427 KDa), amely térhálós kapcsolatot képez az aktin szálak között. Az N-terminálison aktinkötő doméntel, a C-terminálison pedig membránkötő doménvel rendelkezik. Mindkét domén között van egy harmadik cső alakú domén, amely 24 tandem ismétlésből áll.

Az izomkéreg retikulumában a dystrophin részt vesz az aktin filamentumok kötésében a plazmamembránhoz egy glikoprotein komplexen keresztül. Ez a komplex az extracelluláris mátrix fehérjékhez is kötődik.

A funkcionális disztrofinnal nem rendelkező, Duchenne izomdisztrófiával küzdő betegekben a kortikális citoszkeleton nem támasztja alá a plazmamembránt. Következésképpen a plazmamembránt károsítja az ismételt izom-összehúzódások.

Irodalom

1. Devlin, TM 2000. Biokémia. Szerkesztõi Reverté, Barcelona.
2. Gunst, SJ és Zhang, W. 2008. Az aktin citoszkeletális dinamikája a simaizomban: új paradigma a simaizom összehúzódásának szabályozására. Am. J Physiol Cell Physiol, 295: C576-C587.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Celluláris és molekuláris biológia. Szerkesztői Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexikó, Sāo Paulo.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - A biokémia alapelvei. WH Freeman, New York.
5. Pfaendtner, J., De La Cruz, EM, Voth, G. 2010. Aktinszálak átalakítása aktin depolimerizációs faktor / kofilin alkalmazásával. PNAS, 107: 7299-7304.
6. Pollard, TD, Borisy, GG 2003. Aktin szálak összeszerelése és szétszerelése által vezérelt sejtmobilitás. Cell, 112, 453-465.