АКТИН: КАРАКТЕРИСТИКЕ, СТРУКТУРА, ВЛАКНА, ФУНКЦИЈА - БИОЛОГИЈА - 2025

Актин је цитосолна протеин који формира мицрофиламентс. У еукариотама је актин један од најзаступљенијих протеина. На пример, представља 10 тежинских% укупног протеина у мишићним ћелијама; и између 1 и 5% протеина у не-мишићним ћелијама.

Овај протеин, заједно са интермедијарним филаментима и микротубулима, формира цитоскелет, чија је главна функција мобилност ћелије, одржавање ћелијског облика, дељење ћелија и кретање органела у биљкама, гљивама и животињама.

Извор: Сарцомере.свг: Давид Рицхфиелд (Сласхме корисник) изведеница: Ретама

Изоформе цитоскелета актина имају различите функције, као што су: регулација у развоју активне напетости глатких мишића, ћелијски циклус, развој ембриона, развој ткива и зарастање рана.

Са еволуционог становишта, актин је високо очуван протеин. Постоји око 90% хомологије секвенци код различитих врста. У једноћелијским организмима један ген кодира актинску изоформу. Док у вишећелијским организмима различити гени кодирају више изоформи актина.

Актин, заједно са миозином, били су пресудне структуре у еволуцијској еволуцији еукариотских организама и њиховој диверзификацији, јер су дозвољавали кретање у одсуству других структура, попут флагела и цилија.

Структура: актински филаменти

Актин је глобуларни једноланчани полипептидни протеин. У мишићима, актин има молекуларну масу од око 42 КДа.

Овај протеин има два домена. Свака има два поддомена и јаз између домена. АТП - Мг ^{+2 се} веже за дно пукотине. Амино и карбоксилни термини се сусрећу у поддомени 1.

Ацтин Г и актин Ф

Постоје два главна облика актина: актински мономер, назван Г-актин; и филаментони полимер, који се састоји од Г-актинских мономера, званих Ф-актин. Актинови филаменти, посматрани електронском микроскопијом, имају уске и широке области, односно пречника 7 нм и 9 нм.

Дуж филца, актински мономери формирају уско набијену двоструку спиралу. Понављајућа јединица дуж нити се састоји од 13 спирала и 28 актинских мономера и има удаљеност од 72 нм.

Актинова нит има два краја. Један је формиран размаком који спаја АТП - Мг ⁺² , који је смештен у истом правцу у свим актинским мономерима нити, названим (-) крај; а други крај је супротан, назива се (+) крај. Стога се каже да актински филамент има поларитет.

Ове компоненте су често познате као микрофиламенти, пошто су компоненте цитоскелета са најмањим пречником.

Где да нађемо актин?

Актин је изузетно чест протеин у еукариотским организмима. Од свих ћелијских протеина, актин чини око 5-10% - зависно од типа ћелије. На пример, у јетри свака ћелија која је чини има скоро 5,10 ⁸ молекула актина.

карактеристике

Два облика актина, мономера и филамента непрекидно су у динамичној равнотежи између полимеризације и деполимеризације. Постоје три карактеристике овог феномена:

1) Актински филаменти су типични за структуру мишићног ткива и цитоскелет еукариотских ћелија.

2) Полимеризација и деполимеризација је динамичан процес који је регулисан. Тамо где се полимеризација или агрегација Г-АТП - Мг ⁺² актинских мономера дешава на оба краја. Да ли ће се тај процес догодити зависи од услова околине и регулаторних протеина.

3) Формирање снопова и мрежњача, који чине цитоскелет актина, даје снагу покретљивости ћелија. Ово зависи од протеина који су укључени у стварање умрежених веза.

Карактеристике

Контракције мишића

Функционална и структурна јединица скелетног мишића је сарцомере који има две врсте филамената: танке нити, формиране актином, и дебеле нити које формира миозин. Оба филамента су постављена наизменично, на прецизно геометријски начин. Омогућују контракцију мишића.

Танки филаменти су усидрени у регионима званим З дискови.Ова регија се састоји од мреже влакана у којима се налази протеин ЦапЗ и на којој су крајеви (+) актинова влакна усидрени. Ово сидро спречава деполимеризацију (+) краја.

С друге стране, тропомодулин се налази на крајевима (-) актинских филамената и штити их од деполимеризације. Поред актина, танки филаменти поседују тропомиозин и тропонин, који делују на контролу интеракције актомијозина.

Како долази до контракције мишића?

Током контракције мишића, дебела влакна врше окретне покрете повлачећи танке нити према средини сарцомера. Због тога груба и танка влакна клизију.

Тако дужина дебелих и танких нити остаје константна, али преклапање између обе нити се повећава. Дужина саркомера се смањује услед сидрења танких нити на З дисковима.

Како зауставити контракцију мишића?

АТП је енергетска валута ћелије. Због тога је скоро увек доступан у живим мишићним ткивима. Узимајући у обзир горе наведено, морају постојати механизми који омогућавају опуштање мишића и заустављање контракција.

Два протеина, названа тропомиозин и тропонин, играју фундаменталну улогу у овом феномену. Они заједно раде на блокирању места везивања миозина (спречавајући на тај начин његово везивање за актин). Као резултат, мишић се опушта.

Супротно томе, када животиња угине, доживљава феномен познат под називом ригор мортис. Одговорно за ово отврдњавање трупа је блокирање интеракције између миозина и актина, недуго након смрти животиње.

Једна од последица ове појаве је потреба за АТП-ом за ослобађање два протеинска молекула. Логично је да у мртвим ткивима нема доступности АТП-а и ово ослобађање се не може догодити.

Друге врсте кретања

Исти механизам који смо описали (касније ћемо истражити механизам који лежи у основи покрета) није ограничен на мишићне контракције. Одговорна је за амебоидне покрете које примећујемо у амебама и неким колонијалним плијеснима.

Слично томе, цитоплазматски покрет који запажамо у алгама и у копненим биљкама покреће сличне механизме.

Регулација полимеризације и деполимеризације филаментских филаментова

Контракција ткива и ћелија глатког мишића ствара пораст Ф-актина и смањење Г-актина. Полимеризација актина се дешава у три фазе: 1) нуклеација, спор корак; 2) издужење, брз корак; и 3) стабилно стање. Брзина полимеризације једнака је брзини деполимеризације.

Актино филамент расте брже на (+) крају него на (-) крају. Брзина истезања пропорционална је концентрацији актинских мономера у равнотежи са актинским филаментима, која се назива критична концентрација (Цц).

Цц за (+) крај је 0,1 уМ, а за (-) крај је 0,8 уМ. То значи да је за полимеризацију (+) краја потребна 8 пута мања концентрација актинских мономера.

Полимеризација актина углавном је регулисана тимозин бета4 (ТБ4). Овај протеин веже Г актин и задржава га, спречавајући га да полимеризира. Док профилин стимулише полимеризацију актина. Профилин се везује за мономере актина, олакшавајући полимеризацију на (+) крају, дисоцијацијом комплекса актин-ТБ4.

Остали фактори, попут повећања јона (На ⁺ , К ⁺ или Мг ⁺² ) погодују стварању филамената.

Формирање цитоскелета актина

Формирање цитоскелета актина захтева успостављање умрежених актинских филамената. Ове везе формирају протеини, чије су изванредне карактеристике: имају домене који везују актин; многи имају домене хомологне калпонину; а свака врста протеина је експримирана у одређеној врсти ћелије.

У филоподији и стресним влакнима, везе између актинских филамената чине фасина и филамин. Ови протеини, односно, изазивају да актински филаменти буду паралелни или имају различите углове. Тако, актински филаменти дефинишу облик ћелије.

Регион ћелије са највећим бројем актинских филамената налази се у близини плазма мембране. Овај регион се назива кортекс. Кортикални цитоскелет је организован на различите начине, зависно од врсте ћелије, и повезан је са плазма мембраном преко везивних протеина.

Неки од најбоље описаних цитоскелета су мишићне ћелије, тромбоцити, епителне ћелије и еритроцити. На пример, у мишићним ћелијама протеин који веже дистрофин везује актинске филаменте на интегрални гликопротеински комплекс у мембрани. Овај комплекс се везује за протеине ванћелијског матрикса.

Акциони модел интеракције актин-миозин

Истраживачи предвођени Раиментом предложили су четворостепени модел да би објаснили интеракцију актина и миозина. Први корак се дешава везањем АТП-а на главе миозина. Ово везивање ствара конформациону промену протеина, ослобађајући га из актина у малом филаменту.

АТП се затим хидролизује у АДП, ослобађајући аноргански фосфат. Молекул миозина везује се за нову актинску подјединицу, стварајући високоенергетско стање.

Ослобађање неорганског фосфата доводи до промене миозина, враћајући се до почетне конформације и кретања малих нити, с обзиром на густе филаменте. Овај покрет узрокује помицање оба краја саркомера, зближавајући их.

Последњи корак укључује ослобађање АДП-а. У овом тренутку глава миозина је слободна и може се везати за нови АТП молекул.

Кретање ћелија покретано полимеризацијом актина

Мотилност пузања је врста покретљивости ћелија. Кораци ове врсте покретљивости су: пројекција осовине водеће адхезије према супстрату; пријањање на подлогу; повлачење уназад; и дисхезије.

Пројекција водеће осе захтева учешће протеина који учествују у полимеризацији и деполимеризацији актинских филамената. Водећа осовина налази се у коре ћелије, која се назива ламелиподијум. Кораци пројекције осе су:

- Активација рецептора изванстаничним сигналом.

- Формирање активних ГТПаза и 4,5-бисфосфат фосфоинозитола (ПИП ₂ ).

- Активација протеина ВАСп / Сцар и Арп2 / 3, који се вежу на мономере актина и формирају гране у актинским филаментима.

- Брз раст актинских филамената, на крају грана украшеном миозином. Мембрана је гурнута напред.

- Завршетак продужења продуженог протеинским слојем.

- Хидролиза АТП-а везана за актин у старијим филаментима.

- Деполимеризација актина-АДП филамената коју промовише АДФ / кофилин.

- Размена АДП за АТП катализује профилин, стварајући Г-АТП актин спреман да почне да издужује гране.

Болести повезане са актином

Дистрофија мишића

Мишићна дистрофија је дегенеративно обољење скелетног мишића. Рецесивно се наслеђује и повезан је са Кс хромозомом, а претежно погађа мушкарце са великом учесталошћу у популацији (један на 3.500 мушкараца). Мајке ових мушкараца хетерозиготне су асимптоматске и можда им недостаје породична историја.

Постоје два облика мишићне дистрофије, Дуцхенне и Бецкер, и оба су узрокована дефектима гена дистрофина. Ове се мане састоје од брисања којима се уклањају аксони.

Дистропхин је протеин (427 КДа) који формира умреженост између актинских филамената. Има домен који веже актин на Н-терминусу и домен који веже мембрану на Ц-терминусу. Између оба домена постоји трећи цевасти домен који се састоји од 24 тандем понављања.

У мишићном кортикалном ретикулуу, дистрофин учествује у везивању актинских филамената на плазма мембрану путем гликопротеинског комплекса. Овај комплекс се такође везује за протеине ванћелијског матрикса.

Код пацијената којима недостаје функционални дистрофин са Дуцхенне-овом мишићном дистрофијом, кортикални цитоскелет не подржава плазма мембрану. Самим тим, плазма мембрана је оштећена стресом поновљених контракција мишића.

Референце

1. Девлин, ТМ 2000. Биохемија. Редакција Реверте, Барцелона.
2. Гунст, СЈ и Зханг, В. 2008. Актин цитоскелетне динамике у глатким мишићима: нова парадигма за регулацију контракције глатких мишића. Ам Ј Пхисиол Целл Пхисиол, 295: Ц576-Ц587.
3. Лодисх, Х., Берк, А., Зипурски, СЛ, Матсудариа, П., Балтиморе, Д., Дарнелл, Ј. 2003. Целијска и молекуларна биологија. Уредништво Медица Панамерицана, Буенос Аирес, Богота, Каракас, Мадрид, Мексико, Сао Пауло.
4. Нелсон, ДЛ, Цок, ММ 2008. Лехнингер - Принципи биохемије. ВХ Фрееман, Нев Иорк.
5. Пфаендтнер, Ј., Де Ла Цруз, ЕМ, Вотх, Г. 2010. Преправљање филаментова актином помоћу фактора деполимеризације актина / кофилин. ПНАС, 107: 7299-7304.
6. Поллард, ТД, Бориси, ГГ 2003. Ћелијска покретљивост вођена састављањем и демонтажом актинових филамената. Ћелија, 112: 453-465.