AKTIINI: OMINAISUUDET, RAKENNE, FILAMENTIT, TOIMINTA - BIOLOGIA - 2026

Aktiini on sytosolinen proteiini, joka muodostaa mikrofilamenteista. Eukaryooteissa aktiini on yksi runsaimmista proteiineista. Se edustaa esimerkiksi 10 painoprosenttia lihassolujen kokonaisproteiinista; ja 1-5% proteiinista ei-lihassoluissa.

Tämä proteiini muodostaa yhdessä välituotteiden filamenttien ja mikrotubulusten kanssa sytoskeleton, jonka päätehtävänä on solun liikkuvuus, solun muodon ylläpitäminen, solun jakautuminen ja organellujen liikkuminen kasveissa, sienissä ja eläimissä.

Lähde: Sarcomere.svg: David Richfield (Slashme-käyttäjä) johdannaisteos: Retama

Aktiini-sytoskeleton isomuodoilla on erilaisia ​​toimintoja, kuten: säätely aktiivisten jännitteiden kehityksessä sileässä lihaksessa, solusykli, alkion kehitys, kudosten kehitys ja haavan paraneminen.

Evoluution näkökulmasta aktiini on erittäin konservoitunut proteiini. Eri lajeissa on noin 90% sekvenssihomologiaa. Yksisoluisissa organismeissa yksittäinen geeni koodaa aktiini-isomuotoa. Kun taas monisoluisissa organismeissa eri geenit koodaavat useita aktiinin isomuotoja.

Aktiini yhdessä myosiinin kanssa olivat ratkaisevia rakenteita eukaryoottisten organismien evoluutiokehityksessä ja niiden monipuolistumisessa, koska ne sallivat liikkumisen, jos muita rakenteita, kuten liepät ja silikat, puuttuivat.

Rakenne: aktiinilangat

Aktiini on globaali yhden ketjun polypeptidiproteiini. Lihaksessa aktiinin molekyylimassa on noin 42 KDa.

Tällä proteiinilla on kaksi domeenia. Jokaisella on kaksi aliverkkotunnusta ja aukko alueiden välillä. ATP - Mg ⁺² sitoutuu halkeaman alaosaan. Amino- ja karboksyylipäät kohtaavat aladomeenissa 1.

Aktiini G ja aktiini F

Aktiinia on kahta päämuotoa: aktiinimonomeeri, nimeltään G-aktiini; ja rihmaisesta polymeeristä, joka koostuu G-aktiinimonomeereistä, nimeltään F-aktiini. Aktiini-filamenteilla, jotka on havaittu elektronimikroskopialla, on kapeat ja leveät alueet, vastaavasti halkaisijaltaan 7 nm ja 9 nm.

Filamentin pitkin aktiinimonomeerit muodostavat tiiviisti pakatun kaksoiskierukan. Toistuva yksikkö hehkulankaa pitkin koostuu 13 helikkyylistä ja 28 aktiinimonomeeristä ja sen etäisyys on 72 nm.

Aktiinilangalla on kaksi päätä. Yksi muodostuu ATP-Mg ^{+ 2: ta yhdistävästä} raosta, joka sijaitsee samaan suuntaan filamentin kaikissa aktiinimonomeereissä, nimeltään (-) pääksi; ja toinen pää on päinvastainen, jota kutsutaan (+) pääksi. Siksi aktiinifilamentilla sanotaan olevan napaisuus.

Nämä komponentit tunnetaan usein mikrosäikeinä, koska ne ovat sytoskeleton komponentteja, joilla on pienin halkaisija.

Mistä löydämme aktiinia?

Aktiini on erittäin yleinen proteiini eukaryoottisissa organismeissa. Kaikista soluproteiineista aktiini on noin 5-10% - solutyypistä riippuen. Maksassa, esimerkiksi, kukin niistä soluista, jotka tekevät sen on lähes 5,10 ⁸ aktiini molekyylejä.

ominaisuudet

Aktiinin kaksi muotoa, monomeeri ja filamentti, ovat jatkuvasti dynaamisessa tasapainossa polymeroinnin ja depolymeroinnin välillä. Yleensä tällä ilmiöllä on kolme tyypillistä ominaisuutta:

1) Aktiinilangat ovat tyypillisiä lihaskudoksen rakenteelle ja eukaryoottisolujen sytoskeletonille.

2) Polymerointi ja depolymerointi on dynaaminen prosessi, jota säännellään. Kun G - ATP - Mg ^{+2 -} aktiinimonomeerien polymeroituminen tai aggregaatio tapahtuu molemmissa päissä. Tämän prosessin esiintyminen riippuu ympäristön olosuhteista ja säätelevistä proteiineista.

3) Aktiinin sytoskeleton muodostavien kimppujen ja hiusverkkojen muodostuminen antaa voimaa solujen liikkuvuudelle. Tämä riippuu proteiineista, jotka osallistuvat ristisidosten muodostumiseen.

ominaisuudet

Lihassupistus

Luuston lihaksen toiminnallinen ja rakenteellinen yksikkö on sarkomeeri, jolla on kahdentyyppisiä filamentteja: oktiinin muodostamat ohuet filamentit ja myosiinin muodostamat paksut filamentit. Molemmat filamentit on järjestetty vuorotellen, tarkalla geometrisella tavalla. Ne sallivat lihaksen supistumisen.

Ohuet filamentit ankkuroidaan alueisiin, joita kutsutaan Z-levyiksi. Tämä alue koostuu kuituverkosta, josta löytyy CapZ-proteiini ja johon angiinifilamenttien päät (+) ankkuroidaan. Tämä ankkuri estää (+) -pään depolymeroitumisen.

Toisaalta tropomoduliini sijaitsee aktiinfilamenttien päissä (-) ja suojaa niitä depolymeroitumiselta. Aktiinin lisäksi ohuissa filamenteissa on tropomüosiini ja troponiini, jotka toimivat säätämällä aktomysiosiinien vuorovaikutuksia.

Kuinka lihaksen supistuminen tapahtuu?

Lihasten supistumisen aikana paksut filamentit tekevät kääntyviä liikkeitä vetämällä ohuita filamenteja kohti sarkomeerin keskustaa. Tämä aiheuttaa karkeiden ja ohuiden kuitujen luistamisen.

Siten paksujen ja ohuiden filamenttien pituus pysyy vakiona, mutta limitys molempien filamenttien välillä kasvaa. Sarkomeerin pituus pienenee, koska ohuet filamentit kiinnittyvät Z-levyihin.

Kuinka lopettaa lihasten supistuminen?

ATP on solun energiavaluutta. Siksi sitä on melkein aina saatavana elävissä lihaskudoksissa. Edellä esitetty huomioon ottaen on oltava mekanismeja, jotka sallivat lihaksen rentoutumisen ja supistumisten pysäyttämisen.

Kahdellä proteiinilla, nimeltään tropomyosiini ja troponiini, on keskeinen rooli tässä ilmiössä. Nämä toimivat yhdessä estäen myosiinin sitoutumiskohtia (estäen siten sen sitoutumisen aktiiniin). Seurauksena lihas rentoutuu.

Toisaalta, kun eläin kuolee, se kokee ilmiön, joka tunnetaan nimellä rigor mortis. Vastuullinen ruhon kovettuminen on myosiinin ja aktiinin välisen vuorovaikutuksen estäminen pian eläimen kuoleman jälkeen.

Yksi tämän ilmiön seurauksista on ATP: n tarve kahden proteiinimolekyylin vapauttamiseksi. Loogisesti, kuolleissa kudoksissa ei ole saatavana ATP: tä eikä tätä vapautumista voi tapahtua.

Muut liiketyypit

Samaa mekanismia, jota kuvaamme (tutkitaan myöhemmin liikkeen taustalla olevaa mekanismia), ei ole rajoitettu eläinten lihassupistuksiin. Se on vastuussa amöboidisista liikkeistä, joita havaitsemme amebeissa ja joissain siirtomaamuodoissa.

Samoin levien ja landkasvien havaitsema sytoplasminen liike ohjaa samanlaisia ​​mekanismeja.

Aktiinifilamenttien polymeroinnin ja depolymeroinnin säätely

Sileän lihaskudoksen ja solujen supistuminen lisää F-aktiinia ja vähentää G-aktiinia. Aktiinin polymeroituminen tapahtuu kolmessa vaiheessa: 1) nukleaatio, hidas vaihe; 2) venyminen, nopea askel; ja 3) vakaa tila. Polymeroitumisnopeus on yhtä suuri kuin depolymeroitumisnopeus.

Aktiinilanka kasvaa nopeammin (+) päässä kuin (-) päässä. Pidentymisnopeus on verrannollinen aktiinimonomeerien konsentraatioon tasapainossa aktiiniffilamenttien kanssa, jota kutsutaan kriittiseksi pitoisuudeksi (Cc).

(+) -Pään Cc on 0,1 uM ja (-) pään Cc on 0,8 uM. Tämä tarkoittaa, että (+) pään polymeroimiseksi tarvitaan 8 kertaa vähemmän aktiinimonomeerien konsentraatiota.

Aktiinipolymerointia säätelee pääasiassa beeta-tymosiini (TB4). Tämä proteiini sitoo G-aktiinia ja pitää sen yllä, estäen sitä polymeroitumasta. Taas profiliini stimuloi aktiinien polymeroitumista. Profiliini sitoutuu aktiinimonomeereihin helpottaen polymeroitumista (+) -päässä aktiini-TB4-kompleksin dissosioitumisen kautta.

Muut tekijät, kuten ionien lisäys (Na ⁺, K ⁺ tai Mg ⁺²), suosivat filamenttien muodostumista.

Aktiini-sytoskeleton muodostuminen

Aktiini-sytoskeleton muodostuminen vaatii ristisidosten muodostamisen aktiini-filamenttien välille. Nämä sidokset muodostuvat proteiineista, joiden erinomaiset ominaisuudet ovat: niillä on aktiinia sitovat domeenit; monilla on kalponiinille homologisia domeeneja; ja kutakin proteiinityyppiä ilmennetään tietyntyyppisissä soluissa.

Filopodia- ja stressikuiduissa fastiinit ja filamiini tekevät ristiinkytkensä aktiinfilamenttien välillä. Nämä proteiinit, vastaavasti, aiheuttavat aktiinifilamenttien olevan yhdensuuntaisia ​​tai niillä on erilaiset kulmat. Siksi aktiinifilamentit määrittävät solun muodon.

Sen solun alue, jolla on suurin määrä aktiinifilamentteja, sijaitsee lähellä plasmakalvoa. Tätä aluetta kutsutaan aivokuoreksi. Aivokuoren sytoskeleton on järjestetty eri tavoin, solutyypistä riippuen, ja se on kytketty plasmamembraaniin sitovien proteiinien kautta.

Jotkut parhaiten kuvatuista sytoskeletoneista ovat lihassolut, verihiutaleet, epiteelisolut ja erytrosyytit. Esimerkiksi lihassoluissa dystrofiinia sitova proteiini sitoo aktiinifilamentit integraaliseen glykoproteiinikompleksiin kalvossa. Tämä kompleksi sitoutuu solunulkoisiin matriisiproteiineihin.

Aktiini-myosiini-vuorovaikutuksen toimintamalli

Raymentin johtamat tutkijat ehdottivat nelivaiheista mallia selittääkseen aktiinin ja myosiinin vuorovaikutusta. Ensimmäinen vaihe tapahtuu ATP: n sitoutumisella myosiinin päihin. Tämä sitoutuminen aiheuttaa muodonmuutoksen proteiinissa, vapauttaen sen aktiinista pienessä filamentissa.

Sitten ATP hydrolysoidaan ADP: ksi, vapauttaen epäorgaanista fosfaattia. Mioosiinimolekyyli kiinnittyy uuteen aktiini-alayksikköön, jolloin syntyy korkeaenergiatila.

Epäorgaanisen fosfaatin vapautuminen saa aikaan muutoksen myosiinissa, joka palaa takaisin alkuperäiseen konformaatioon ja pienten filamenttien liikkumiseen suhteessa paksuihin filamenteihin. Tämä liike saa aikaan sarkomeerin kahden pään liikkeen ja tuo ne lähemmäksi toisiaan.

Viimeinen vaihe sisältää ADP: n vapauttamisen. Tässä vaiheessa myosiinipää on vapaa ja voi sitoutua uuteen ATP-molekyyliin.

Aktiinipolymeroinnin aikaansaama solujen liikkuminen

Indeksoiva liikkuvuus on eräs solujen liikkuvuuden tyyppi. Tämän tyyppisen liikkuvuuden vaiheet ovat: tartunnan johtiakselin projektio kohti alustaa; tarttuvuus alustaan; takaveto; ja tarttuvuus.

Johtausakselin projektio vaatii proteiinien osallistumisen, jotka osallistuvat aktiinifilamenttien polymerointiin ja depolymerointiin. Johtajakseli löytyy solukorteksista, nimeltään lamellipodium. Akselin projektiovaiheet ovat:

- Reseptoreiden aktivointi solunulkoisen signaalin avulla.

- Aktiivisten GTPaasien ja 4,5-bisfosfaattifosfoinositolin (PIP ₂) muodostuminen.

- WASp / Scar- ja Arp2 / 3-proteiinien aktivointi, jotka sitoutuvat aktiinimonomeereihin oksien muodostamiseksi aktiinfilamentteihin.

- Aktiinfilamenttien nopea kasvu, haavan myosiinilla koristeltu pää. Kalvo työnnetään eteenpäin.

- Päällysteproteiinien tuottaman pidentymisen loppuun saattaminen.

- Aktiiniin sitoutuneen ATP: n hydrolyysi vanhemmissa säikeissä.

- ADF: n / kofiliinin edistämien filamenttien aktiini-ADP: n depolymerointi.

- ADP: n vaihto ATP: lle, jota katalysoi profiliini, jolloin muodostuu G-ATP-aktiini valmis aloittamaan pitkittäishaarat.

Aktiiniin liittyvät sairaudet

Lihassurkastumatauti

Lihasdystrofia on luurankolihaksen rappeuttava sairaus. Se periytyy resessiivisesti ja liittyy X-kromosomiin, ja se vaikuttaa pääasiassa miehiin, joilla esiintyy suurta populaatiota (yksi jokaisesta 3500 urosta). Näiden miesten äidit ovat heterotsygoottisia oireettomia, ja heillä voi puuttua sukuhistoria.

Lihasdystrofiaa on kahta muotoa, Duchenne ja Becker, ja molemmat johtuvat dystrofiinigeenin virheistä. Nämä viat koostuvat deleetioista, jotka poistavat aksonit.

Dystrofiini on proteiini (427 KDa), joka muodostaa ristisidoksia aktiinifilamenttien välille. Sillä on aktiinia sitova domeeni N-päässä ja kalvoa sitova domeeni C-päässä. Molempien domeenien välissä on kolmas putkimainen domeeni, joka koostuu 24 tandemtoistosta.

Aivokuoren retikulumissa dystrofiini osallistuu aktiinilankojen sitoutumiseen plasmamembraaniin glykoproteiinikompleksin kautta. Tämä kompleksi sitoutuu myös solunulkoisiin matriisiproteiineihin.

Potilailla, joilla ei ole funktionaalista dystrofiinia ja joilla on Duchennen lihasdystrofiaa, aivokuoren sytoskeleton ei tue plasmamembraania. Tämän seurauksena toistuvien lihaksen supistumisten aiheuttama stressi vaurioittaa plasmamembraania.

Viitteet

1. Devlin, TM 2000. Biokemia. Toimituksellinen käännös, Barcelona.
2. Gunst, SJ, ja Zhang, W. 2008. Aktiinin sytoskeletaalinen dynaaminen sileälihaksissa: uusi malli sileän lihaksen supistumisen säätelyyn. Am J Physiol Cell Physiol, 295: C576-C587.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Solu- ja molekyylibiologia. Toimituksellinen Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Meksiko, Sāo Paulo.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Biokemian periaatteet. WH Freeman, New York.
5. Pfaendtner, J., De La Cruz, EM, Voth, G. 2010. Aktiinilangan uudelleenmuodostaminen aktiinin depolymerointikerroin / kofiliini. PNAS, 107: 7299 - 7304.
6. Pollard, TD, Borisy, GG 2003. Aktiinilankojen kokoonpanon ja purkamisen aiheuttama solumotiilsys. Cell, 112: 453-465.