Włókna pośrednie są charakterystyczną strukturą komórek eukariotycznych. Są samomontażowe i odporne chemicznie. Strukturę i funkcje włókien pośrednich określa charakterystyka wiązań w cząsteczkach białka. Służą nie tylko do tworzenia rusztowania komórkowego, ale także zapewniają interakcję organelli.
Opis ogólny
Włókna to nitkowate struktury białkowe, które biorą udział w budowie cytoszkieletu. W zależności od średnicy są podzielone na 3 klasy. Włókna pośrednie (IF) mają średnią wartość przekroju 7-11 nm. Zajmują pozycję pośrednią pomiędzy mikrofilamentami Ø5-8 nm a mikrotubulami Ø25 nm, od których otrzymali swoją nazwę.
Istnieją 2 rodzaje tych struktur:
- Laminowanie. Są w rdzeniu. Wszystkie zwierzęta mają laminarne włókna.
- Cytoplazmatyczne. Znajdują się w cytoplazmie. Dostępny w nicieniach, mięczakach, kręgowcach. W tym ostatnim niektóre typy komórek mogą być nieobecne (na przykład w komórkach glejowych).
Lokalizacja
Włókna pośrednie są jednym z głównych elementów cytoszkieletu żywych organizmów, których komórki zawierają jądra (eukarionty). Prokariota mają również analogi tych struktur włóknistych. Nie znajdują się w komórkach roślinnych.
Większość włókien znajduje się w strefie okołojądrowej i wiązkach włókienek, które znajdują się pod błoną komórkową i rozciągają się od środka do krawędzi komórek. Jest ich szczególnie dużo u gatunków poddawanych obciążeniom mechanicznym – w mięśniach, nabłonkach, a także w komórkach włókien nerwowych.
Typy białek
Jak pokazują badania, białka tworzące włókna pośrednie są rozróżniane w zależności od typu komórek i etapu ich różnicowania. Jednak wszystkie są ze sobą powiązane.
Białka z włókien pośrednich dzielą się na 4 typy:
- Keratyny. Tworzą polimery z dwóch podtypów - kwaśnego i obojętnego. Masa cząsteczkowa tych związków waha się od 40 000 do 70 000 amu. m. W zależności od źródła tkanki liczba różnych niejednorodnych form keratyn może sięgać kilkudziesięciu. Podzielono je na 2 grupy według izoform - nabłonkowa (najliczniejsza) i rogowata, które tworzą sierść, rogi, paznokcie i pióra zwierząt.
- W drugim typie połączono 3 rodzaje białek o prawie tej samej masie cząsteczkowej (45 000-53 000 amu). Należą do nich: wimentyna (tkanka łączna, komórki płaskonabłonkowe,wyściełanie powierzchni naczyń krwionośnych i limfatycznych; krwinki) desmina (tkanka mięśniowa); peryferyna (neurony obwodowe i centralne); glejowe fibrylarne kwaśne białko (wysoce specyficzne białko mózgowe).
- Białka neurofilamentowe znajdujące się w neurytach, procesach cylindrycznych, które przenoszą impulsy między komórkami nerwowymi.
- Białka blaszki jądrowej, która stanowi podstawę błony jądrowej. Są prekursorami wszystkich innych PF.
Włókna pośrednie mogą składać się z kilku rodzajów powyższych substancji.
Właściwości
Cechy PF są określone przez ich następujące cechy:
- duża liczba cząsteczek polipeptydu w przekroju;
- silne oddziaływania hydrofobowe, które odgrywają ważną rolę w montażu makrocząsteczek w postaci skręconej superzwoju;
- tworzenie tetramerów o wysokiej interakcji elektrostatycznej.
W efekcie włókna pośrednie uzyskują właściwości mocnej skręconej liny - dobrze się wyginają, ale nie pękają. Po potraktowaniu odczynnikami i mocnymi elektrolitami struktury te jako ostatnie przechodzą do roztworu, to znaczy charakteryzują się wysoką stabilnością chemiczną. Tak więc, po całkowitej denaturacji cząsteczek białka w moczniku, włókna mogą się składać niezależnie. Białka wprowadzone z zewnątrz są szybko integrowane w istniejącą już strukturę tych związków.
Struktura
Ze względu na swoją strukturę, włókna pośrednie są nierozgałęzionepolimery zdolne zarówno do tworzenia związków wielkocząsteczkowych, jak i depolimeryzacji. Ich niestabilność strukturalna pomaga komórkom zmieniać ich kształt.
Pomimo tego, że włókna mają zróżnicowany skład w zależności od rodzaju białek, mają ten sam plan strukturalny. W centrum molekuł znajduje się helisa alfa, która ma kształt prawoskrętnej helisy. Tworzą go kontakty między strukturami hydrofobowymi. Jego struktura zawiera 4 spiralne segmenty oddzielone krótkimi odcinkami niespiralnymi.
Na końcach helisy alfa znajdują się domeny o nieokreślonej strukturze. Odgrywają ważną rolę w tworzeniu włókien i interakcji z organellami komórkowymi. Ich wielkość i sekwencja białek znacznie się różnią w zależności od gatunku IF.
Białko budulcowe
Głównym materiałem budulcowym dla PF są dimery - złożone cząsteczki złożone z dwóch prostych. Zwykle zawierają 2 różne białka połączone strukturami w kształcie pręcików.
Cytoplazmatyczny typ włókien składa się z dimerów, które tworzą nitki o grubości 1 bloku. Ponieważ są równoległe, ale w przeciwnym kierunku, nie ma polaryzacji. Te dimeryczne cząsteczki mogą później tworzyć bardziej złożone.
Funkcje
Główne funkcje filamentów pośrednich są następujące:
- zapewnienie wytrzymałości mechanicznej ogniw i ich procesów;
- przystosowanie do stresorów;
- udział wkontakty zapewniające silne połączenie komórek (tkanki nabłonkowej i mięśniowej);
- wewnątrzkomórkowa dystrybucja białek i organelli (lokalizacja aparatu Golgiego, lizosomów, endosomów, jąder);
- udział w transporcie lipidów i sygnalizacji między komórkami.
PF również wpływa na funkcję mitochondriów. Jak pokazują eksperymenty laboratoryjne na myszach, u osobników pozbawionych genu desminy układ wewnątrzkomórkowy tych organelli jest zaburzony, a same komórki są zaprogramowane na krótszą żywotność. W rezultacie zmniejsza się zużycie tlenu przez tkanki.
Z drugiej strony obecność włókien pośrednich przyczynia się do zmniejszenia ruchliwości mitochondriów. Jeśli wimentyna zostanie sztucznie wprowadzona do komórki, wówczas sieć IF może zostać przywrócona.
Znaczenie medyczne
Naruszenia w syntezie, akumulacji i strukturze PF prowadzą do pojawienia się pewnych stanów patologicznych:
- Tworzenie szklistych kropli w cytoplazmie komórek wątroby. W inny sposób nazywane są ciałami Mallory'ego. Struktury te są białkami IF typu nabłonkowego. Powstają z przedłużoną ekspozycją na alkohol (ostre alkoholowe zapalenie wątroby), a także z naruszeniem procesów metabolicznych w pierwotnym raku wątrobowokomórkowym wątroby (u pacjentów z wirusowym zapaleniem wątroby typu B i marskością), ze stagnacją żółci w wątrobie i woreczku żółciowym. Alkoholowe szkliste właściwości mają właściwości immunogenne, co determinuje rozwój patologii ogólnoustrojowej.
- Gdy geny ulegają mutacji,odpowiedzialna za produkcję keratyn, pojawia się dziedziczna choroba skóry – pęcherzowy naskórek. W takim przypadku dochodzi do naruszenia przyczepu zewnętrznej warstwy skóry do błony podstawnej, która oddziela ją od tkanki łącznej. W rezultacie powstaje erozja i bąbelki. Skóra staje się bardzo wrażliwa na najmniejsze uszkodzenia mechaniczne.
- Tworzenie płytek starczych i splątków neurofibrylarnych w komórkach mózgowych w chorobie Alzheimera.
- Niektóre rodzaje kardiomiopatii związane z nadmierną akumulacją PF.
Mamy nadzieję, że nasz artykuł odpowiedział na wszystkie Twoje pytania.
