Anong uri ng dugo ang nagbubunga ng ugat ng pusod. Lahat tungkol sa umbilical cord. Kapag may mali sa umbilical cord

Ang mga intermediate filament (IF) ay binuo mula sa fibrillar monomer. Samakatuwid, ang pangunahing disenyo ng mga intermediate filament ay kahawig ng isang lubid na may kapal na mga 8-10 nm. Ang mga ito ay naisalokal pangunahin sa perinuclear zone at sa mga bundle ng fibrils na umaabot sa cell periphery at matatagpuan sa ilalim ng plasma membrane (Larawan 238, 240, 241). Ang mga intermediate na filament ay matatagpuan sa lahat ng uri ng mga selula ng hayop, ngunit lalo na sagana sa mga napapailalim sa mekanikal na stress: mga epidermal na selula, mga proseso ng nerbiyos, makinis at striated na mga selula ng kalamnan. Walang nakitang IF sa mga selula ng halaman.

Ang komposisyon ng mga intermediate filament ay kinabibilangan ng isang malaking grupo ng mga isoprotein, mga nauugnay na protina, na maaaring nahahati sa apat na uri. Ang una - keratin, acidic at neutral, na matatagpuan sa mga epithelial cells; bumubuo sila ng mga heteropolymer mula sa dalawang subtype na ito. Ang mga keratin, bilang karagdagan, ay may ilang heterogeneity depende sa pinagmulan ng tissue. Kaya, hanggang sa 20 mga anyo ng keratin ay matatagpuan sa epithelium, 10 mga anyo ng iba pang mga keratin ay matatagpuan sa buhok at mga kuko. Ang molekular na timbang ng mga keratin ay mula 40 hanggang 70 libong mga yunit.

Ang pangalawang uri ng mga protina ng IF ay may kasamang tatlong uri ng mga protina na may katulad na timbang ng molekular (45-53 libo). ito- vimentin, katangian ng mga cell ng mesenchymal na pinagmulan, na bahagi ng cytoskeleton ng connective tissue cells, endothelium, mga selula ng dugo. Desmin- katangian ng mga selula ng kalamnan, parehong makinis at may guhit. Glial fibrillar protina ay bahagi ng IF ng ilang mga cell ng nervous glia - sa mga astrocytes at ilang mga cell ng Schwann. Peripherin - ay bahagi ng peripheral at central neurons.

Ang ikatlong uri ay mga protina ng neurofilament(sinasabi nila na ang timbang ay mula 60 hanggang 130 libo) ay matatagpuan sa mga axon ng mga selula ng nerbiyos.

At sa wakas, ang ikaapat na uri - mga ardilya nuklear mga lamina. Bagaman ang mga huli ay may nuclear localization, ang mga ito ay katulad sa istraktura at mga katangian sa lahat ng mga intermediate na protina ng filament.

Tulad ng nabanggit na, ang mga intermediate na filament ay binuo mula sa mga fibrillar na protina tulad ng isang lubid. Kasabay nito, ang ilang mga protina ay maaaring bumuo ng mga copolymer, halimbawa, vimentin na may desmin, o vimentin na may mga glial na protina.

Ang lahat ng mga intermediate na protina ng filament ay may katulad na pagkakasunud-sunod ng amino acid na 130 na nalalabi sa gitnang bahagi ng molekula ng fibrillar, na may istrakturang a-helical. Ang mga seksyon ng terminal ng mga molekula ay may iba't ibang mga pagkakasunud-sunod ng amino acid, iba't ibang haba, at walang istrukturang a-helical. Ang pagkakaroon ng pinahabang a-helical na mga rehiyon ay nagbibigay-daan sa dalawang molekula na bumuo ng isang double helix, katulad ng kung ano ang humahantong sa pagbuo ng isang dimer na hugis baras, mga 48 nm ang haba. Dalawang dimer ang magkatabi upang bumuo ng isang maikling protofilament, isang tetramer, mga 3 nm ang kapal. Ang ganitong mga protofilament ay maaaring pagsamahin sa mas makapal at mas mahabang fibrils at kalaunan ay maging isang intermediate full filament na binubuo ng 8 longitudinal protofilament (Fig. 242).

Ang mga protina ng nuclear lamina ay nag-polymerize nang iba: bumubuo sila ng mga dimer na may mga ulo sa isang dulo at nag-polymerize upang makabuo ng maluwag na rectangular na sala-sala. Ang ganitong mga layer ng lamina ay mabilis na nawasak sa panahon ng mitosis sa pamamagitan ng phosphorylation ng mga lamin.

Ang mga cytoplasmic intermediate filament ay kabilang sa mga pinaka-matatag at pangmatagalang elemento ng cytoskeleton. Gayunpaman, sa vivo ang pagsasama ng mga iniksyon na may label na mga molekula ng keratin sa IF na komposisyon ng mga epithelial cells ay sinusunod. Ang mga PF ay lumalaban sa mababa at mataas na konsentrasyon ng asin at sinisira lamang pagkatapos ng pagkakalantad sa mga solusyon sa denaturing tulad ng urea.

Ang ganitong istraktura at katatagan ng kemikal ng mga intermediate filament ay malamang na tumutukoy din sa kanilang pisikal na katatagan. Nagsisilbi sila bilang isang tunay na sistema ng suporta sa mga cell na sumasailalim sa makabuluhang pisikal na stress. Sa mga selula ng balat ng balat, ang mga intermediate na filament ay bumubuo ng mga bundle (tonofilament) na nauugnay sa mga desmosome at lumikha ng isang matibay na intracellular network (Fig. 243). Kaya, sa mga nerve axon na umaabot ng maraming sampu-sampung sentimetro, ang PF o neurofilaments ay lumikha ng isang matibay na base na nagsisiguro sa flexibility at integridad ng manipis na cytoplasmic na proseso ng mga nerve cells. Sa transversely striated na mga selula ng kalamnan, ang mga filament ng desmin ay bahagi ng mga z-disc at ikinonekta ang mga ito sa isa't isa kapwa bilang bahagi ng sarcomere at sa kalapit na myofibrils, gayundin sa lamad ng plasma.

Ang mga partikular na inhibitor ng polymerization ng mga intermediate filament na protina ay hindi pa natagpuan. Samakatuwid, ang mismong proseso ng pagpupulong at pag-disassembly ng mga elementong ito ng cytoskeleton sa isang buhay na cell ay nananatiling hindi maliwanag. Malamang na sila, tulad ng mga lamin, ay depolymerized sa ilalim ng pagkilos ng mga cytoplasmic kinases, na humahantong sa kanilang phosphorylation. Ang mga nakahiwalay na intermediate filament sa ilalim ng pagkilos ng phosphorylases ay maaaring mabulok sa mga monomer at mag-depolymerize.

Topographically sa cell, ang pag-aayos ng mga intermediate filament ay inuulit ang pag-aayos ng mga microtubule, tila sila ay magkatabi. Kapag ang microtubule ay nawasak ng colchicine, ang tinatawag na. pagbagsak ng mga intermediate filament: nagtitipon sila sa mga siksik na bundle o singsing sa paligid ng nucleus. Ang pagpapanumbalik ng isang bagong network ng mga intermediate filament ay nagsisimula mula sa zone ng cell center. Iminumungkahi nito na ang mga sentro ng kanilang polymerization o nucleation ay maaaring mga sentro na karaniwan sa mga microtubule.

Kabanata 21

Pangkalahatang katangian ng microfilaments.

Ang mga microfilament ay matatagpuan sa lahat ng eukaryotic cells. Ang mga ito ay lalo na sagana sa mga hibla ng kalamnan at mga selula - lubos na dalubhasang mga selula na gumaganap ng mga function ng pag-urong ng kalamnan. Ang mga microfilament (MF) ay bahagi rin ng mga espesyal na bahagi ng cellular, tulad ng microvilli, ribbon junctions ng mga epithelial cells, at stereocilia ng mga sensitibong cell. Ang MF ay bumubuo ng mga bundle sa cytoplasm ng mga motile na selula ng hayop, at bumubuo ng isang layer sa ilalim ng plasma membrane - ang cortical layer (Fig. 244a, 245). Sa maraming mga selula ng halaman at mga selula ng mas mababang fungi, sila ay matatagpuan sa mga layer ng gumagalaw na cytoplasm.

Ang pangunahing protina ng microfilaments ay actin. actin- isang heterogenous na protina, sa iba't ibang mga cell ay maaaring may iba't ibang mga variant o isoform, na ang bawat isa ay naka-encode ng sarili nitong gene. Kaya, ang mga mammal ay may 6 na magkakaibang actin: isa sa mga kalamnan ng kalansay, isa sa kalamnan ng puso, dalawang uri - sa makinis na mga kalamnan (isa sa mga ito sa mga sisidlan), at dalawa, hindi kalamnan, cytoplasmic actins, na isang unibersal na bahagi ng anumang mammalian cells. Ang lahat ng mga isoform na ito ng actin ay halos magkapareho sa mga pagkakasunud-sunod ng amino acid, na may mga variant na rehiyon ng terminal na tumutukoy sa rate ng polymerization ngunit hindi nakakaapekto sa contraction. Ang pagkakatulad na ito ng mga actin, sa kabila ng ilang pagkakaiba, ay tumutukoy sa kanilang mga karaniwang katangian. Ang actin ay may molecular weight na humigit-kumulang 42 thousand at sa monomeric form ay may anyo ng globule (G-actin) na naglalaman ng ATP molecule. Sa panahon ng polymerization nito, nabuo ang manipis na fibril (F-actin) na 8 nm ang kapal, na isang magiliw na spiral ribbon (Larawan 246). Ang mga actin microfilament ay polar sa kanilang mga katangian. Sa isang sapat na konsentrasyon, ang G-actin ay nagsisimulang kusang mag-polymerize. Sa gayong kusang polimerisasyon ng actin sa nabuong thread ng microfilament, ang isa sa mga dulo nito ay mabilis na nagbubuklod sa G-actin (+) - ang dulo ng microfilament) at samakatuwid ay lumalaki nang mas mabilis kaysa sa kabaligtaran (minus na dulo). Kung ang konsentrasyon ng G-actin ay hindi sapat, pagkatapos ay ang nabuo na fibrils ng F-actin ay magsisimulang i-disassemble. Sa mga solusyon na naglalaman ng tinatawag na. kritikal na konsentrasyon ng G-actin, ang isang dinamikong ekwilibriyo sa pagitan ng polymerization at depolymerization ay itatatag, bilang isang resulta kung saan ang F-actin fibril ay magkakaroon ng pare-pareho ang haba (Larawan 247). Ito ay sumusunod mula dito na ang actin microfilaments ay napaka-dynamic na mga istraktura na maaaring lumitaw at lumago o, sa kabaligtaran, i-disassemble at mawala, depende sa pagkakaroon ng globular actin. Sa lumalaking dulo ng actin filament, ang mga monomer na naglalaman ng ATP ay ipinasok. Habang lumalaki ang polimer, nangyayari ang ATP hydrolysis at ang mga monomer ay nananatiling nakatali sa ADP. Ang mga molekula ng actin na nakagapos sa ATP ay nakikipag-ugnayan nang mas malakas sa isa't isa kaysa sa mga monomer na nakagapos sa ADP.

Sa mga cell, ang isang tila hindi matatag na sistema ng fibrillar ay nagpapatatag ng isang masa ng mga tiyak na protina na nauugnay sa F-actin. Oo, protina. tropomiosin, nakikipag-ugnayan sa mga microfilament, ay nagbibigay sa kanila ng kinakailangang tigas. Ang isang bilang ng mga protina, tulad ng filamin at a-actinin bumubuo ng mga transverse staples sa pagitan ng mga filament ng F-actin, na humahantong sa pagbuo ng isang kumplikadong three-dimensional na network na nagbibigay ng isang tulad-gel na estado sa cytoplasm. Ang iba pang mga karagdagang protina ay maaaring magbigkis ng mga filament sa mga bundle (fimbrin), atbp. Bilang karagdagan, may mga protina na nakikipag-ugnayan sa mga dulo ng mga microfilament at pinipigilan ang kanilang disassembly at nagpapatatag sa kanila. Ang pakikipag-ugnayan ng F-actin sa buong pangkat ng mga protina ay kinokontrol ang estado ng pagsasama-sama ng mga microfilament, ang kanilang maluwag o kabaligtaran na malapit na pag-aayos, ang kanilang koneksyon sa iba pang mga sangkap. Ang mga protina ay may espesyal na papel sa pakikipag-ugnayan sa actin. uri ng myosin, na kasama ng actin ay bumubuo ng isang kumplikadong may kakayahang contraction sa panahon ng paghahati ng ATP (tingnan sa ibaba) (Larawan 262).

Kaya, ang mga MF ay mga fibril ng polymerized actin na nauugnay sa maraming iba pang mga protina. Sa prinsipyo, ang mga microfilament sa lahat ng mga nonmuscle cells ay maaaring gumanap ng hindi bababa sa dalawang hanay ng mga function: maaari silang maging bahagi ng contractile apparatus, nakikipag-ugnayan sa mga protina ng motor (myosin), o lumahok sa pagbuo ng mga istruktura ng skeletal na may kakayahang kumilos dahil sa actin. polymerization at depolymerization.

Lalo na maraming impormasyon tungkol sa cytoskeleton at microfilaments ang nakuha sa pag-aaral ng mga fibroblast sa tissue culture, na may kakayahang amoeboid movement. Ang mga cell na ito ay walang mga permanenteng istruktura ng fibrillar na responsable para sa paggalaw, ang kanilang mga fibrillar apparatus ay patuloy na nasa reorganisasyon: ang ilan sa mga elemento ng fibrillar ay disassembled sa ilang bahagi ng cell at bagong nabuo sa iba.

Karaniwan, ang fibroblast na gumagapang sa ibabaw ng substrate ay polarized: mayroon itong gumagalaw na dulo at isang seksyong "buntot". (Larawan 248, 249) Sa gumagalaw na dulo, na kadalasang mas nakakalat sa substrate kaysa sa lateral at tail section ng fibroblast, ang manipis na filamentous o lamellar outgrowth ay patuloy na lumilitaw at nawawala - lamelopodia. Ito ang nangungunang gilid ng cell (lamelloplasm). Na nagbibigay ng paggalaw ng fibroblast pasulong. Sa ganitong gumagalaw na fibroblast, maaaring gamitin ang mga antibodies upang malaman ang lokasyon ng actin. Ipapamahagi ito sa tatlong pangunahing bahagi ng cell: ito ay sa anyo ng isang manipis na layer (1) na matatagpuan sa paligid ng buong perimeter ng cell sa ilalim ng plasma membrane. Ito ang cortical (cortex - bark) layer. Ang actin ay abundantly detected sa outgrowths ng cytoplasm ng nangungunang gilid ng cell (2) at (3) sa mga bundle ng actin filament umaabot mula sa nangungunang gilid malalim sa cell (Fig. 245).

Ang cortical layer ay binubuo ng isang siksik na three-dimensional na network ng mga actin filament na nauugnay sa plasma membrane (tab.). Nagbibigay ito ng mekanikal na katatagan sa ibabaw na layer ng cytoplasm at lumilikha ng mga kondisyon na nagpapahintulot sa cell na baguhin ang hugis at paglipat nito. Ang layer na ito ay patuloy na nagbabago ng estado ng pagsasama-sama nito, na dumadaan mula sa estado ng isang structured gel hanggang sa isang likidong sol. Ang ganitong mga paglipat ng gel-sol ay nauugnay sa mga pagbabago sa istraktura ng cortical layer. Dito, kasama ng mga filament ng actin, mayroong mga protina na nagpapatatag ng fibrillar (halimbawa, filamin), na bumubuo ng mga crosslink sa intersection ng mga filament, na nagpapatigas sa buong cortical layer. Gayunpaman, ang katigasan na ito ay madaling maalis sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa iba pang mga protina, tulad ng gelsolin, na nagdudulot ng pagkapira-piraso at pagka-disassembly ng mga filament at sa gayon ay natunaw ang gel. Ang muling pagsasaayos ng layer ng submembrane ay lalo na binibigkas sa nangungunang gilid, na nagbibigay-daan sa mabilis mong baguhin ang hugis ng ibabaw nito, bumuo ng lamellipodia at sumulong. Sa kabilang banda, ang network ng filament ng actin ay may kakayahang pag-urong, dahil ito Ang mga maiikling myosin aggregate ay natagpuan sa loob nito. Ito ay humahantong sa alinman sa pagbawi ng lamellipodia o sa paghila ng mga selula pasulong. Ang network ng filament ng actin sa nangungunang gilid ay mas malinaw na nakaayos kaysa sa natitirang bahagi ng cortex. Dito, mula sa maliliit na paunang paglabas ng plasmalemma, ang mga bundle ng actin filament ay umaabot sa cell, na nagtatapos sa kanilang (+) na dulo sa plasma membrane.

Ang mismong proseso ng pagbuo ng mga filament ng actin at ang kanilang paglaki sa lamelloplasma zone ay nakasalalay sa isang bilang ng mga regulatory protein. Ang isa sa kanila, ang WASp/Scar protein, ay nagbubuklod sa lamad ng plasma. Naglalaman ito ng mga site na nagbubuklod sa actin, isa pang espesyal na protina complex na Arp2/3, na nagbubuklod sa (-)-end ng lumalaking polymer chain, na pumipigil sa depolymerization nito. Ang ganitong mga kumplikadong pakikipag-ugnayan ng dalawang grupo ng mga regulatory protein ay humantong sa ang katunayan na ang lumalaking filament ay itinayo sa hangganan na may lamad ng plasma, na maaaring yumuko sa lamad ng plasma upang lumitaw ang isang manipis na paglaki - filopodia (Larawan 250).

Kung hindi man, ang actin polymerization ay nangyayari sa panahon ng pagbuo ng lamellipodia. Dito, ang mga protina ng WASp/Scar ay gumaganap din ng nangungunang papel, na naayos sa lamad ng plasma at nagbubuklod sa Arp2/3 complex at ilakip ito sa lateral surface ng nakahandang actin fibril. Ang Arp2/3 complex ay nagpasimula ng polimerisasyon ng isang bagong actin fibril, na nagsisimulang tumubo sa isang anggulo na humigit-kumulang 70 0 na may paggalang sa pangunahing actin filament at nakakabit sa lamad ng plasma. Mayroong ilang mga tulad ng mga bagong chain ng protina, at sila ay nagpapalabas patungo sa plasma membrane at itinutulak ito pasulong. Ito ay kung paano nabuo ang pseudopodia o lamellopodia (Larawan 251) Dahil sa pagtatayo ng mga filament ng actin sa mga dulo ng (+). Kasabay nito, ang depolymerization ng mga (-) na dulo ng mga filament na hindi na-block ng Arp2/3 complexes at nakalantad sa mga protina na nagtataguyod ng MF depolymerization.

Kaya, ang kumplikadong proseso ng paglago ng MF ay humahantong sa spatial displacement ng gilid ng gumagalaw na cell. Habang umuunlad ang lamellipodia, ang kanilang plasma membrane, sa tulong ng mga protina ng integrin, ay bumubuo ng mga focal contact sa substrate, kung saan umaalis ang mga bundle ng mga filament ng actin, na nakikilahok sa isa pang anyo ng kadaliang kumilos na nauugnay sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga filament ng actin at mga protina ng motor, myosin.

Myosin ay isa sa mga bahagi ng MF. Ang pangunahing gawain sa paggalaw ng mga cell o ang kanilang mga panloob na bahagi sa tulong ng MF ay nangyayari dahil sa gawain ng actomyosin complex, kung saan ang actin fibrils ay gumaganap ng papel ng mga gabay ("mga riles"), at ang mga myosin ay gumaganap ng papel ng mga translocator. Ang buong acto-myosin complex ay isang ATP-ase, at ang paggalaw ay nangyayari dahil sa enerhiya ng ATP hydrolysis.

Ang Myosin ay isang pamilya ng mga kaugnay na protina. Lahat sila meron ulo(motor) bahagi na responsable para sa aktibidad ng ATPase ng complex, leeg, na nauugnay sa ilang mga regulatory protein subunits at buntot, katangian para sa bawat uri ng myosin, na tumutukoy sa pagtitiyak ng pag-andar sa cell. Mayroong tatlong pangunahing uri ng myosin. Ang Myosin II at myosin V ay mga dimer kung saan ang a-helical na rehiyon ng buntot ay bumubuo ng supercoiled rod-like region. Ang Myosin I ay isang monomeric na molekula (Larawan 252). Dalawang molekula ng myosin II ay maaaring mag-ugnay sa isa't isa, na bumubuo ng isang bipolar na makapal na fibril na kasangkot sa pag-urong ng kalamnan, pag-urong ng mga intracellular MF bundle, at paghahati ng cell. Ang Type I at V myosin ay kasangkot sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga elemento ng cytoskeletal at mga lamad, halimbawa, sa transportasyon ng mga vesicle.

Ang mga mekanismo ng pagpapatakbo ng mga actomyosin complex ay halos magkapareho, anuman ang uri ng myosin: nagsisimula ito sa koneksyon ng myosin head sa actin filament, ang baluktot nito at kasunod na detatsment. Para sa bawat cycle, ang myosin head ay gumagalaw sa direksyon ng (+) dulo ng actin filament ng 5-25 nm sa panahon ng hydrolysis ng isang ATP molecule. Kaya, ang isang unidirectional displacement o sliding ng MF ay nangyayari na may kaugnayan sa myosin molecules (Fig. 253).

LISTAHAN NG MGA daglat

PF - intermediate filament

ER - endoplasmic reticulum

GFAP - acidic glial protein

IFAP - IF-associated proteins

PANIMULA

Bilang karagdagan sa mga pangunahing bahagi ng intracellular, ang ilang mga cell ay may mga espesyal na istruktura, cilia o flagella, na nagpapahintulot sa kanila na ilipat nang mag-isa o ilipat ang likido sa kanilang paligid. Ang mga multicellular na organismo ng hayop ay may mga dalubhasang selula, ang muscular work nito ay nagbibigay-daan para sa iba't ibang paggalaw ng mga organo, ang mga indibidwal na bahagi nito o ang buong organismo. Ang lahat ng maraming reaksyong motor na ito ay batay sa mga karaniwang mekanismo ng molekular. Bilang karagdagan, ang pagkakaroon ng anumang motor apparatus ay dapat na pinagsama at structurally na nauugnay sa pagkakaroon ng pagsuporta, frame o skeletal intracellular formations. Samakatuwid, maaari nating pag-usapan ang musculoskeletal system ng mga cell.

Mayroong tatlong mga sistema ng mga elemento ng motor na naiiba sa komposisyon ng kemikal, ultrastructure at functional na mga katangian. Ito ay mga microfilament, microtubule at intermediate filament.

Sa papel na ito, ilalarawan ang molekular na organisasyon, ultrastructure at functional na katangian ng huling pangkat ng mga elemento ng motor.

KABANATA 1. PANGKALAHATANG KAHULUGAN AT MGA KATANGIAN NG MGA TAGAPAGTATANG FILAMEN

Ang mga intermediate filament (IF) ay mga filamentous na istruktura ng mga espesyal na protina, isa sa tatlong pangunahing bahagi ng cytoskeleton ng mga eukaryotic cell. Ang mga PF ay binuo mula sa fibrillar monomer. Ang mga ito ay tinatawag na intermediate dahil ang kanilang diameter (8–12 nm) ay intermediate kumpara sa microtubule (25 nm) at actin microfilament (5–8 nm). Samakatuwid, ang pangunahing disenyo ng PF ay kahawig ng isang lubid na may kapal na mga 8-12 nm. Ang mga ito ay naisalokal pangunahin sa perinuclear zone at sa mga bundle ng fibrils na umaabot sa cell periphery at matatagpuan sa ilalim ng plasma membrane. Mayroong mga IF sa lahat ng uri ng mga selula ng hayop, ngunit ang mga ito ay lalo na sagana sa mga selulang iyon na napapailalim sa mekanikal na stress: mga epidermal na selula, mga proseso ng nerbiyos, makinis at striated na mga selula ng kalamnan. Walang nakitang IF sa mga selula ng halaman.

Sa iba't ibang yugto ng pag-unlad ng embryonic, sa iba't ibang yugto ng pagkita ng kaibhan, sa iba't ibang uri ng cell, ang mga IF na binubuo ng iba't ibang mga protina ay ipinahayag. Maraming magkakaibang mga IF ang sabay-sabay na naroroon sa ilang mga uri ng cell. Sa kabuuan, humigit-kumulang 70 mga gene na naka-encode ng iba't ibang mga IF na protina ay natagpuan sa genome ng tao, na bumubuo ng isa sa pinakamaraming pamilya ng protina.

Pag-aaral sa vitro nagpakita ng napakataas na pagtutol ng PF sa mekanikal na stress. Ang isang malaking bilang ng mga polypeptides sa filament cross section, malakas na lateral hydrophobic interaction na katangian ng mga protina na naglalaman ng twisted superhelix, at electrostatic interactions na nagaganap sa panahon ng pagbuo ng mga tetramer ay nagbibigay ng PF rope properties: madali silang yumuko, ngunit napakahirap masira. Kapag ang mga cell ay ginagamot ng mga detergent, mga solusyon na may mataas na lakas ng ionic, ang mga PF ay ang huling mga istruktura ng cell na napupunta sa solusyon, iyon ay, nagpapakita sila ng napakataas na katatagan. Maaaring kolektahin ang PF sa vitro sa physiological buffer nang walang anumang cofactor pagkatapos ng kumpletong denaturation ng protina sa urea. Ipinakita ng mga kamakailang pag-aaral na ang mga PF ay nagpapakita ng mataas na dinamismo at kadaliang kumilos. sa vivo . Ang exogenous vimentin na na-injected sa cell ay mabilis na sumasama sa nabuo nang mga filament. Ipinapakita nito na ang istraktura ng PF ay kinokontrol ng equilibrium sa pagitan ng mga protofilament at polimer at ang pagpapalitan ng mga subunit ay nangyayari sa buong haba ng filament.

KABANATA 2. INTERMEDIATE FILAMENT PROTEINS

Ang PF ay naglalaman ng isang malaking grupo ng mga isoprotein. Ang mga protina na ito, hindi katulad ng globular actin at tubulin, ay hugis baras. Ang isang karaniwang pag-aari ng lahat ng mga intermediate na protina ng filament ay ang pagkakaroon ng isang gitnang pangunahing domain na may mataas na nilalaman ng mga α-helical na rehiyon. Ito ay lubos na natipid sa laki, pangalawang istraktura, at pangunahing pagkakasunud-sunod. Ang pangunahing domain na ito ay may humigit-kumulang 310 amino acid (350 para sa mga lamin at invertebrate na protina) at binubuo ng 4 na α-helical na rehiyon na konektado ng mga ligament. Ang mga terminal na domain ng mga protina ng IF ay walang helical na istraktura. Malaki ang pagkakaiba-iba ng mga ito sa haba at pagkakasunud-sunod ng amino acid. Ang lahat ng mga protina ng IF ay may kakayahang phosphorylation. Ang mga site ng phosphorylation ay naisalokal sa C- at N-termini ng mga molekula. Bilang karagdagan, ang mga intermediate filament protein ay maaaring sumailalim sa iba pang mga uri ng post-translational modification, ibig sabihin, limitadong proteolysis sa pamamagitan ng lubos na tiyak na calcium-activated protease, glycosylation, ubiquitination, at carboxymethylation.

Batay sa biochemical, immunological at pagkakatulad sa istruktura, limang magkakaibang uri ng PF ang natukoy.

Ang pinakamarami at pinaka-kumplikadong grupo ng mga protina ng IF ay mga keratin, kinakatawan nila ang dalawang uri ng mga protina - uri I at uri II. Ang acidic keratins ay type I (16 isoforms), habang ang basic keratins ay type II (13 isoforms). Ang mga protina ng parehong uri ay kinakailangan para sa pagpupulong ng mga keratin PF; bumubuo sila ng mga heteropolymer. Kilala ang mga epidermal keratin, simpleng epithelial keratin, at keratin na ipinahayag sa buhok, amerikana, at mga kuko. Kasama sa mga protina ng Type III IF ang apat na protina: desmin, vimentin, peripherin, at glial acid protein (GFAP). Ang Desmin ay ipinahayag sa lahat ng uri ng mga selula ng kalamnan; Ang vimentin ay matatagpuan sa mga fibroblast, lymphocytes, endothelial cells at ilang iba pang mesenchymal tissues; perferin ay naroroon pangunahin sa mga peripheral neuron, kung saan ito ay kasangkot sa pagpupulong ng IF kasama ng mga uri ng IV na protina; Ang GFAP ay ipinahayag sa mga glial cells. Hindi tulad ng mga keratin, ang mga uri ng III IF na protina ay maaaring bumuo ng mga homopolymer, ngunit maaari rin silang bumuo ng mga heteropolymer na may iba pang mga uri ng III na protina at sa NF-L na protina. Ang mga uri ng IV IF na protina ay pangunahing ipinahayag sa mga selula ng nerbiyos, kung saan sila ay kasangkot sa radial na paglaki ng mga axon. Kabilang dito ang α-internexin at isang triplet ng neurofilament proteins: NF-L, NF-M, NF-H. Ang isa pang protina, ang nestin, na unang natuklasan sa mga pasimula ng mga selula ng nerbiyos, ay minsang tinutukoy bilang isang espesyal na uri ng mga protina ng IF-VI. Gayunpaman, batay sa mga tampok na istruktura nito, ang nestin ay maaaring maiugnay sa uri IV. Bilang karagdagan sa mga protina sa itaas na bahagi ng cytoplasmic IF, may dalawa pang uri na malaki ang pagkakaiba sa kanila - ito ay mga nuclear lamin na bumubuo ng uri V, at dalawang uri ng VI na protina na matatagpuan sa lens ng mata. Ang limang uri ng mga protina ng IF, na nakahiwalay sa batayan ng pagkakasunud-sunod na homology, ay nahahati sa tatlong grupo na naiiba sa mga prinsipyo ng pagpupulong. Kasama sa unang pangkat ang mga keratin, ang pangalawa - mga uri ng PF III at IV, at ang ikatlong pangkat ng pagpupulong ay nabuo ng mga lamin. Ang tatlong grupong ito ay maaaring magkasamang mabuhay bilang 3 independiyenteng mga sistema ng IF sa loob ng parehong cell. Maaaring mag-ipon ang mga cytoplasmic IF sa vitro sa kawalan ng mga accessory na protina. Ang mga miyembro ng unang pangkat ay obligadong heteropolymer, iyon ay, para sa pagpupulong ng mga filament ng keratin, kinakailangan ang isang kumbinasyon ng mga uri ng PF I at II. Ang mga keratin ay hindi makabuo ng mga polimer kasama ng iba pang uri ng PF. Uri III PF at NF-L na mga protina na kabilang sa pangalawang grupo ng pagpupulong ay bumubuo ng mga homopolymer sa vitro , gayunpaman, sa cell sila ay madalas na matatagpuan sa anyo ng mga copolymer. Ang mga lamina ay hindi makabuo ng mga copolymer na may mga cytoplasmic IF na protina.

KABANATA 3. ISTRUKTURA NG MGA INTERMEDIATE FILAMENTS

Kabilang sa mga intermediate filament subunit ang iba't ibang uri ng monomeric na protina na binubuo lamang ng isang uri ng protina, habang ang iba (gaya ng neurofilament) ay binubuo ng tatlong magkakaibang protina.

Anuman ang uri ng cell, KUNG ang mga protina ay mahahabang fibrous polypeptides na may N -terminal head domain, C -terminal tail domain at central rod domain. Ang huli ay binubuo ng isang α-helical na rehiyon na naglalaman ng isang serye ng mga pag-uulit ng isang 7 amino acid na rehiyon. Ang site na ito ay responsable para sa pagbuo ng mga twisted helical dimer sa pagitan ng dalawang magkatulad na α-helices.

Sa panahon ng pagbuo ng IF, dalawang twisted helical dimer ay nakatali sa isa't isa sa isang antiparallel na paraan at bumubuo ng isang tetramer; mga. N -dulo ng isang dimer at C-terminus ng isa ay nakatuon sa parehong direksyon. Dahil ang N -end at C-end ng IF protina ay naiiba, at dimer at tetramer ay nakasalansan antiparallel, filament ay hindi polar; medyo magkapareho sa bawat panig. Tinutukoy nito ang mga ito mula sa polar na istraktura ng microtubule at actin filament at ipinapaliwanag kung bakit ang mga PF ay may ganap na magkakaibang mga katangian.

Ang pagkalastiko ng mga filament na ito ay tiyak na tiyak sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga dimer ng bawat tetramer ay staggered na may kaugnayan sa bawat isa; ang istrukturang ito ay nagpapahintulot sa mga tetramer na makipag-usap sa isa't isa. Kapag ang mga tetramer ay nakahanay sa kahabaan ng axis ng filament at nagbubuklod sa mga libreng dulo, ang isang mature na PF ay nabuo.

Ang pagsusuri sa pangunahing pagkakasunud-sunod ng mga protina ng IF ay nagpakita na, sa kabila ng malaking pagkakaiba-iba, lahat sila ay may isang karaniwang plano sa istruktura (Larawan 1). Ang lahat ng mga IF na protina ay may gitnang α-helical na domain, na nasa gilid ng non-helical na N-terminal (“ulo”) at C-terminal (“buntot”) na mga domain. Ang mga terminal domain ng iba't ibang uri ng IF ay malaki ang pagkakaiba sa laki at pangunahing pagkakasunud-sunod ng amino acid.

Larawan 1. Ang eskematiko na representasyon ng mga molekula ng ilang mga protina ng IF.

Ang istraktura ng gitnang domain, sa kabaligtaran, ay lubos na konserbatibo. Naglalaman ito ng apat na helical na segment 1A, 1B, 2A, 2B, na nagambala sa tatlong lugar ng maikling non-helical na mga rehiyon ng linker na L1, L1-2 at L2, na kadalasang naglalaman ng mga residue ng proline at glycine. Ang pagkakasunud-sunod ng amino acid ng mga α-helical na rehiyon ng gitnang domain ay binubuo ng mga pag-uulit na mga heptad ng (abcdefg)n uri, kung saan ang mga posisyon a at d ay mas mainam na inookupahan ng maliliit na hydrophobic residues - leucine, isoleucine, methionine, at valine. Ang ganitong paulit-ulit na motif ng 7 a.a. katangian ng mga protina na may kakayahang bumuo ng isang baluktot na α-helix (coiled-coil) o sa ibang paraan isang supercoil na binubuo ng dalawang α-helice. Ang ibabaw ng α-helical domain ng IF proteins ay mataas ang sisingilin. Halimbawa, sa vimentin, sa 310 amino acid na bumubuo sa gitnang domain, 116–70 acidic at 46 na pangunahing amino acid ang sinisingil. Kaya, ang isang subunit ng vimentin ay may labis na negatibong singil - 24 acidic amino acid residues. Hindi tulad ng gitnang domain, ang "ulo" ng maraming mga IF na protina ay positibong sinisingil. Sa vimentin, ang domain ng N-terminal ay naglalaman ng 12 arginine, at sa lamin B2, 3. Ang bilang ng mga residue ng amino acid na positibong sinisingil ay nauugnay sa haba ng domain ng N-terminal (sa vimentin, binubuo ito ng 102 residues, at sa lamin B2, ng 25). Kahit na ang acidic glial protein, na may maikling N-terminal domain na 68 amino acids, ay naglalaman ng 9 na pangunahing residues. Ito ay pinaniniwalaan na ang positibong sisingilin na mga residue ng amino acid ng "ulo" ay nakikipag-ugnayan sa mga negatibong sisingilin na amino acid ng gitnang domain. Bilang karagdagan, ang mga naka-charge na kumpol na ito sa ibabaw ng mga filament ay maaaring maging potensyal na mga site na nagbubuklod para sa iba't ibang bahagi ng cellular.

Ang gitnang domain ng cytoplasmic IFs, mga 45 nm ang haba, ay binubuo ng 310 amino acids. Sa mga nuclear lamin, dahil sa pagkakaroon ng karagdagang 42 amino acid sa 1B segment, ang gitnang domain ay naglalaman ng 356 amino acid residues at 53 nm ang haba. Ang mga sukat ng mga segment na bumubuo sa α-helical domain ng IF ay lubos na pinapanatili: 1A, 35 amino acid; 1B, 101 amino acid; 2A, 19 amino acid; at 2B, 115 amino acid. Ito ay lumabas na ang mga IF na may iba't ibang mga pagkakasunud-sunod ng amino acid ay may dalawang rehiyon na matatagpuan sa mga dulo ng α-helical domain, hindi nagbabago sa kanilang komposisyon. Ang isa sa kanila ay isang seksyon ng 26 a.a., ang unang dalawang-katlo ng segment 1A, 8 nito ay ganap na konserbatibo; ang isa ay isang 32-nalalabi na rehiyon sa pinakadulo ng segment 2B na naglalaman ng 13 ganap na natipid na mga nalalabi. Gamit ang paraan ng cross-linking, natagpuan na ang parehong mga rehiyon na ito ay kasangkot sa pakikipag-ugnayan ng mga kalapit na IF dimer ng protina sa mga mature na filament. Ang isa pang tampok na katangian ng istraktura ng segment ng 2B ay isang bahagyang paglabag sa istraktura ng heptad. Pagkatapos ng 8 kumpletong heptad, isang pagpasok ng 4 na karagdagang residues ang natagpuan sa lahat ng IF na protina. Ang pagkagambala ng istraktura ay mahalaga din para sa pagpupulong ng PF. Ang L1 linker ay lubos na nagbabago sa laki at pagkakasunud-sunod, habang ang L2 linker sequence ay lubos na pinananatili at binubuo ng 8 amino acid sa lahat ng limang uri ng IF. Ang mga non-helical terminal domain ng IF proteins, ang "ulo" at "buntot", ay may pinakamalaking pagkakaiba sa haba at komposisyon ng amino acid. Halimbawa, ang haba ng "buntot" ng keratin K19 ay 9 na nalalabi lamang, at ang haba ng "buntot" ng nestin ay 1491 na nalalabi.

Kaya, ang lahat ng mga IF na protina ay may sentral na domain na katulad sa istraktura at laki, na nagdadala ng kabuuang negatibong singil, at mga terminal na domain na malaki ang pagkakaiba sa haba at komposisyon ng amino acid, na nagdadala ng kabuuang positibong singil.

KABANATA 4 ASSEMBLY OF INTERMEDIATE FILAMENTS

Ang PF ay mga polimer na may natatanging kakayahang mag-ipon ng sarili nang walang paglahok ng karagdagang mga protina at, hindi katulad ng mga microtubule at actin microfilament, nang walang karagdagang enerhiya sa anyo ng mga molekulang ATP o GTP. Batay sa data sa istraktura ng mga protina ng IF, ang isang posibleng mekanismo para sa kanilang pagpupulong ay hinulaang, na kung saan ay pangunahing nakumpirma ng mga obserbasyon ng mikroskopiko ng elektron, pati na rin ang paggamit ng X-ray diffraction analysis at EPR spectroscopy.

Ang pagpupulong ng PF ay nangyayari sa maraming yugto (Larawan 2). Una, ang mga dimer ay nabuo - ang mga gitnang domain ng dalawang polypeptide chain ay bumabalot sa bawat isa, na bumubuo ng isang baluktot na helix na may pitch na 14 nm. Ang mga dimer ay nagreresulta mula sa hydrophobic na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga residue ng amino acid na matatagpuan sa mga posisyon a at d ng heptad na pag-uulit ng mga nakikipag-ugnayang molekula ng protina.

Figure 2 . Diagram na nagpapakita ng mga indibidwal na yugto ng self-assembly ng PF.

Ang mga end section ng central domain ay may espesyal na papel sa IF assembly. Pag-aaral sa Pagbuo ng Filament sa vitro ay nagpakita na kahit na ang isang point substitution ng isang amino acid sa N-terminus ng segment 1A o sa C-terminus ng segment 2B ay humahantong sa malubhang pinsala sa kanilang istraktura.

Ang susunod na yugto ng pagpupulong ay ang koneksyon ng mga dimer sa mas malalaking complex. Sa kaso ng mga cytoplasmic IF, ito ang kumbinasyon ng mga dimer sa mga tetramer, na nagpapakilala sa kanila mula sa mga lamin, na, kapag pinagsama, ay konektado ayon sa mekanismo ng ulo-sa-buntot, na bumubuo ng mga linear na polimer. Ang pagbuo ng mga tetramer ay nagsasangkot ng mga electrostatic na pakikipag-ugnayan ng mga alternating zone ng mga positibong singil, ang labis nito ay nasa N-terminal domain ng vimentin, at mga negatibo, na nangingibabaw sa gitnang domain ng molekula. Mayroong ilang mga modelo para sa koneksyon ng mga dimer sa mga tetramer, na iminungkahi batay sa mga resulta na nakuha ng paraan ng cross-linking (Larawan 3).

Larawan 3 Ang iskema na nagpapakita ng tatlong posibleng mga modelo para sa pagbuo ng tetramer sa panahon ng pagpupulong ng PF.

Ang pamamaraang ito ay binubuo sa pagbuo ng isang covalent bond sa pagitan ng ilang mga residue ng amino acid ng mga kalapit na molekula gamit ang mga espesyal na reagents na mayroong dalawang reaktibong grupo na nakikipag-ugnayan sa mga residue na ito. Mas madalas kaysa sa iba, ginagamit ang mga reagents na tumutugon sa lysine o cysteine. Ang mga nagresultang complex ay ihiwalay, pinadalisay, natutunaw ng mga protease at sinusuri ng chromatography. Ang paghahambing ng mga chromatographic profile ng mga sample na nakuha bago at pagkatapos ng cleavage ng mga crosslink na may sodium periodate ay ginagawang posible na makita ang ilang posibleng mga variant ng mga crosslink sa pagitan ng mga molekula o sa loob ng isang molekula. Ang mga taluktok sa mga chromatogram na nawawala pagkatapos ng paggamot na may sodium periodate ay tumutugma sa mga molekula na nabuo bilang resulta ng mga cross-link sa pagitan ng iba't ibang molekula o sa loob ng isang molekula ng protina. Kaya, ginagawang posible ng pamamaraang ito na makita ang mga rehiyon ng mga protina na matatagpuan malapit sa bawat isa, i.e. alamin ang mutual arrangement ng mga subunits sa filament. Karamihan sa mga peptide na nakuha bilang isang resulta ng proteolytic cleavage ng vimentin IFs ay naging medyo maikli (mas mababa sa 10 nalalabi), kaya't ang kanilang komposisyon ng amino acid ay naging posible upang hindi malabo na matukoy ang lokasyon ng peptide sa loob ng pagkakasunud-sunod ng vimentin. Sa ilang mga kaso, kapag isang peptide lamang ang nakita pagkatapos ng paggamot na may periodate, nangangahulugan ito na nabuo ang isang cross-link sa loob ng chain.

Para sa vimentin, 16 na kakaibang cross-link ang natagpuan, 5 sa mga ito ay nangyayari sa pagitan ng dalawang parallel chain na "nasa rehistro" at bumubuo ng double-stranded twisted vimentin homodimeric molecule. Ang 11 crosslink ay maaaring italaga sa tatlong posibleng mga modelo ng intermolecular na pakikipag-ugnayan na ipinapakita sa Fig. 3. Modelo A 11 (6 na mga crosslink) ay nagmumungkahi na ang dalawang antiparallel dimer ay nakikipag-ugnayan sa paraang ang 1B na mga segment ng kanilang mga sentral na domain ay makabuluhang nagsasapawan. Ayon sa isa pang modelo, 22 (3 crosslinks), dalawang antiparallel dimer ang magkakapatong sa rehiyon ng 2B na mga segment. Sa ikatlong modelo A 12 (2 crosslinks) ang dalawang dimer ay antiparallel at ganap na magkakapatong. Ang pagkakaroon ng tatlong uri ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga dimeric na molekula ay nakumpirma na para sa mga keratin. Para sa vimentin, isang ika-apat na modelo ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga dimeric complex sa mga filament, A CN . Kung ang dalawang tetramer ay nabuo ayon sa mga modelo A 11 at A 22 ay malapit, pagkatapos ay isang dimer mula sa bawat tetramer ay makikipag-ugnayan ayon sa prinsipyo ng "head-tail". Sa kasong ito, ang 5-10 N-terminal residue ng segment 1A ng isang dimer ay magkakapatong sa 5-10 C-terminal residue ng segment 2B ng isa pang dimer. Ang mga katulad na data ay nakuha din para sa istraktura ng desmin PFs.

Hanggang kamakailan lamang, ang impormasyon sa istruktura sa pagpupulong ng IF ay maaari lamang makuha sa pamamagitan ng pagmamasid sa mga paghahanda na naayos sa ilang mga agwat ng oras gamit ang isang electron microscope. Nang maglaon, upang masubaybayan ang kurso ng proseso ng pagpupulong, ginamit ang maliit na anggulo ng x-ray scattering (SAXS), na ginagamit upang pag-aralan ang mga macromolecule sa solusyon. Ito ay naka-out na ang pagpupulong ng vimentin PF sa vitro nangyayari sa sunud-sunod na pagbuo ng iba't ibang oligomer, kabilang ang mga tetramer, octamer, isang solong protofilament na binubuo ng apat na octamer. Ang mga pagsukat na ginawa gamit ang paraang ito ay nagpapahiwatig na ang mga dimer sa tetramer ay 3.4 nm ang pagitan, habang ang distansya sa pagitan ng mga coiled helice ay 1.5 nm. Marahil ang paghihiwalay na ito ay dahil sa ang katunayan na ang direktang pakikipag-ugnay ng mga acidic na sentral na domain ay electrostatically hindi kanais-nais. Napag-alaman din na ang koneksyon ng mga dimer sa isang tetramer alinsunod sa modelo A 11 higit sa lahat ay nangyayari dahil sa pangalawang kalahati ng domain ng ulo (35-70 nalalabi); ang electrostatic attraction ng positibong sisingilin na "ulo" at ang acidic na sentral na domain ay tila ang puwersang nagtutulak. Ang panghuling subunit ng IF ay isang protofilament ng isang solong haba (65 nm), sa karaniwan, ito ay binubuo ng apat na octamer. Sa cross section, ang solong haba na protofilament ay hugis-itlog sa halip na bilog. Ayon sa pag-scan ng mga sukat ng electron microscope, ang mga indibidwal na protofilament ay maaaring mag-iba nang malaki sa bilang ng mga vimentin chain na bumubuo sa kanila. Sa huling yugto ng pagpupulong, ang mga subunit ng filament ay siksik sa kapal na 10-12 nm. Posible na ang yugtong ito ay sinamahan din ng isang muling pagsasaayos sa loob ng mga filament, dahil ang mga variant ng pagpupulong ng mga tetramer A 22 at A 12 matatagpuan lamang sa mga mature na istruktura. Pagkakaroon ng vimentin tetramers sa vivo ay napatunayan na, ngunit ang tanong ng pagkakaroon ng iba pang mga intermediate na bahagi ng pagpupulong, tulad ng mga octamer o solong filament, ay nangangailangan ng karagdagang pananaliksik. Ang bilang ng mga protofibril (octamer) sa bawat cross section ng PF ay nag-iiba mula 2 hanggang 6, depende sa uri ng PF at mga kondisyon ng pagpupulong. Ipinapalagay na ang bawat protofibril ay binubuo ng dalawang protofilament, at ang bawat protofilament, naman, ay binubuo ng mga end-to-end tetramer. Kaya, ang isang filament sa lapad ay maaaring binubuo ng 24-40 polypeptides (karaniwan ay 2-8 tetramer). Ang kapal ay maaaring mag-iba hindi lamang mula sa isang filament patungo sa isa pa, ngunit kahit na sa loob ng parehong filament.

Ang mga protina ng nuclear lamina ay nag-polymerize nang iba: bumubuo sila ng mga dimer na may mga ulo sa isang dulo at nag-polymerize, na lumilikha ng isang maluwag na hugis-parihaba na sala-sala.

Sa topograpiya, ang pag-aayos ng PF sa cell ay inuulit ang pag-aayos ng mga microtubule; tila sila ay magkatabi. Kapag ang mga microtubule ay nawasak ng colchicine, nangyayari ang tinatawag na IF collapse: nagtitipon sila sa mga siksik na bundle o mga singsing sa paligid ng nucleus. Ang pagpapanumbalik ng isang bagong IF network ay magsisimula mula sa zone ng cell center. Iminumungkahi nito na ang mga sentro ng kanilang polymerization o nucleation ay maaaring mga sentro na karaniwan sa mga microtubule.

CHAPTER 5. INTERMEDIATE FILAMENTS SA CELL

Ang mga mature na IF at ang kanilang mga precursor ay dynamic at mobile sa loob ng mga cell. Ang pagpupulong, pag-disassembly, at paggalaw ng IF sa mga cell ay patuloy na nagaganap. Ang pagbuo ng isang intracellular network ng iba't ibang uri ng IF sa iba't ibang uri ng mga cell ay nangyayari sa iba't ibang paraan. Ito ay maaaring dahil sa ang katunayan na ang mga PF ay nakikipag-ugnayan sa iba't ibang uri ng mga molecular motor at iba pang mga kadahilanan. KUNG ang mga subunit at mature na polimer ay nasa equilibrium sa cytoplasm, at ang pagsasama ng isang bagong subunit ay maaaring mangyari kahit saan sa mature na filament. Gayunpaman, ang pagbuo ng network ng PF ay nagsisimula malapit sa core. Hindi lamang magkakahiwalay na mga subunit, kundi pati na rin ang mga mature na fibril ay gumagalaw sa mga selula. Para sa mga vimentin IF, ipinakita na maaari silang lumipat sa cytoplasm kapwa patungo sa ibabaw ng cell at patungo sa nucleus. Ang average na bilis ng paggalaw ng mahahabang IF ay 0.2–0.3 μm/min; IF subunits ay gumagalaw nang mas mabilis (1–2 μm/sec), pangunahin sa kahabaan ng mga microtubule. Karamihan sa kanila (65–70%) ay lumipat sa paligid ng cell. Ang kakayahan ng mga subunit ng vimentin na lumipat kasama ang mga microtubule sa iba't ibang direksyon ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng kanilang kaugnayan sa mga protina ng motor na kinesin at dynein. Ang pagbubuklod sa kinesin ay nagiging sanhi ng paggalaw ng mga filament ng vimentin at ng kanilang mga subunit sa plus-end ng microtubule at sa ibabaw ng cell. Ang paggalaw sa minus na dulo ng microtubule, sa nucleus, ay dahil sa pakikipag-ugnayan sa motor complex, na binubuo ng dynein at dynactin. Tila, ang mga pakikipag-ugnayan na ito ay kinakailangan para sa pagbuo at pagpapanatili ng network ng PF. Ang mga mahabang vimentin IF ay nagbubuklod sa IFAP, tulad ng plectin, na bumubuo ng mga cross-link sa pagitan ng mga indibidwal na IF at iba pang mga istruktura ng cytoskeletal, at sa gayon ay pinipigilan ang kanilang paggalaw. Tila, ang gayong pakikipag-ugnayan ay kinakailangan para sa pag-stabilize ng IF sa mga tiyak na lugar ng cytoplasm na sumasailalim sa mekanikal na stress o deformation. Hindi tulad ng mga vimentin PF, na binubuo ng isang solong protina, ang mga keratin PF ay palaging heteropolymer. Samakatuwid, upang mapanatili ang isang matatag na network ng mga filament ng keratin, kinakailangan ang balanse sa pagitan ng type I at type II na keratin; ang labis ng isang uri ng keratin ay humahantong sa pagkagambala ng IF network. Kapansin-pansin, sa mga cell na sabay na nagpapahayag ng keratin at vimentin, ang mahahabang filament ng keratin ay gumagalaw nang 3 beses na mas mabagal kaysa sa mga vimentin (0.06 μm/min), at ang mga subunit ng keratin ay gumagalaw nang 15 beses na mas mabagal kaysa sa mga subunit ng vimentin. Bilang karagdagan, ang transportasyon ng mga subunit ng keratin ay pangunahing nakadirekta patungo sa nucleus (84%). Marahil ang dahilan ng mga pagkakaibang ito ay nakasalalay sa magkakaibang kakayahan ng mga keratin at vimentin na magbigkis sa mga microtubule at mga protina ng motor. Sa katunayan, ang karamihan sa mga subunit ng keratin ay nauugnay sa isang network ng mga actin microfilament, at ang mga dinamikong katangian ng mga keratin IF ay natutukoy sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa myosin. At dahil ang myosin ay gumagalaw nang mas mabagal kaysa sa mga protina ng motor na nauugnay sa mga microtubule, maaaring ipaliwanag nito ang mga pagkakaiba sa bilis ng paggalaw ng mga keratin at vimentin sa loob ng parehong uri ng cell. Ang partikular na interes ay ang pagbuo ng IF system sa mga neuron na tinatawag na neurofilaments. Ang mga proseso ng mga cell na ito ay maaaring umabot sa haba ng halos isang metro. Kung ang transportasyon ng PF ay naganap sa parehong rate ng mabagal na transportasyon ng iba pang mga istruktura ng cytoskeletal (0.3-8 mm / araw), pagkatapos ay aabutin ng mga taon para maabot nila ang mga malalayong rehiyon ng mga proseso. Gayunpaman, ang mga subunit ng neurofilament ay gumagalaw sa kahabaan ng axon sa bilis na 1.8 µm/sec, dahil dinadala sila kasama ng mga microtubule ng kinesin at dynein. Totoo, ang paggalaw ng mga istrukturang ito ay nagambala ng mahabang paghinto, kaya't sila ay gumagalaw lamang ng 27% ng oras, at sa mga mature na sensory axon, ang mga neurofilament ay nasa pahinga halos 99% ng oras.

KABANATA 6. MGA TUNGKULIN NG MGA PANATILIT NA FILAMENT

Ayon sa itinatag na mga ideya, ang pangunahing tungkulin ng IF ay upang mapanatili ang integridad ng cellular at tissue batay sa kanilang mga mekanikal na katangian at kakayahang mag-ipon ng sarili. Ang tumaas na interes sa kanilang mekanikal na papel ay dahil sa katotohanan na ang mga namamana na sakit ay kilala na sanhi ng mga kaguluhan sa istruktura ng IF sa mga tisyu na napapailalim sa mekanikal na stress, tulad ng balat, kalamnan, at mga daluyan ng dugo. Gayunpaman, ang mga IF ay naroroon sa lahat ng mga uri ng cell, kabilang ang mga hindi napapailalim sa mekanikal na stress, at ang pagkagambala ng kanilang mga network ay humahantong din sa mga pathological na kahihinatnan. Mayroong, halimbawa, mga malubhang sakit na nauugnay sa kapansanan sa mga function ng PF sa nervous system. Ang katotohanang ito, pati na rin ang dynamic na kalikasan ng mga IF at ang pagkakaroon ng isang malaking bilang ng mga signaling protein na nauugnay sa kanila, ay nagpapahiwatig na ang mga IF ay hindi lamang nagbibigay ng paglaban sa mga panlabas na impluwensya, ngunit gumaganap din ng iba pang mga espesyal na pag-andar sa mga cell. Bagaman ang mga function na ito sa iba't ibang uri ng cell ay hindi pa napag-aaralan nang sapat, malinaw na kung gaano kalaki ang kahalagahan nito. Tila, ang nonmechanical function ng IF ay nauugnay sa kanilang pakikilahok sa intracellular distribution ng mga organelles at protina, pati na rin sa lipid transport. Ang mga pag-andar ng IF ay dahil sa kanilang pakikipag-ugnayan sa magkakaibang bahagi ng cellular. Kaya, ang mekanikal na integridad ng mga cell ng IF ay tinitiyak sa pamamagitan ng pagbubuklod sa iba pang mga bahagi ng cytoskeleton - microtubule, microfilaments, at plasma membrane, ang pakikipag-ugnayan kung saan nangyayari sa mga espesyal na attachment site: sa desmosomes at hemi-desmosomes ng epithelial cells at sa mga lugar. ng mga focal contact ng fibroblasts. Upang makipag-ugnayan sa mga organel tulad ng mitochondria, ang Golgi apparatus, endosom at lysosome, KUNG magbubuklod sa iba't ibang bahagi ng mga lamad ng mga organel na ito. Ang pagbubuklod na ito ay ibinibigay ng isang malaking pamilya ng mga protina ng IFAP, ngunit, tila, maaari rin itong mangyari nang direkta.

6.1. Mga mekanikal na pag-andar

Tulad ng ipinakita ng mikroskopikong pag-aaral ng elektron, ang iba't ibang mga istruktura ng cytoskeleton ay nauugnay sa isa't isa at sa mga organelle ng lamad. Ang "mga tulay" na nakikita sa mga electron micrograph ay matagal nang itinuturing na mga istrukturang nagbubuklod ng hindi kilalang kalikasan. Nang maglaon, napag-alaman na ang mga molecular motor, kinesins at dynein, ay may pananagutan sa koneksyon ng maraming mga cell organelle na may microtubule. Ang papel ng kinesin para sa pakikipag-ugnayan ng IF sa mga microtubule ay ipinakita gamit ang mga antibodies na humaharang sa gawain ng protina ng motor na ito. Ito ay lumabas na ang pamamahagi ng radial ng IF kasama ang mga microtubule ay dahil sa transportasyon na umaasa sa kinesin.

Ngunit ang pangunahing papel sa pakikipag-ugnayan ng IF sa maraming bahagi ng cellular ay nilalaro ng mga IFAP, na nagkokonekta sa kanila sa mga organelles, microfilament at microtubule, at sa mga intercellular contact. Ang mga protina tulad ng desmoplakin, BPAG1, at plectin ay kabilang sa pamilyang plakin. Ang lahat ng mga ito ay naglalaman ng napakahabang gitnang α-helical na domain, na bumubuo ng isang baluktot na helix sa panahon ng pagbuo ng isang dimeric complex. Ang gitnang domain ay nasa gilid ng isang non-helical na N-terminal na domain, na maaaring naglalaman ng actin binding site at/o microtubule binding site, at isang C-terminal domain, na, bilang karagdagan sa IF binding sites, ay maaaring maglaman ng ibang bilang ng umuulit na mga domain A, B, C , tipikal para sa desmoplakin.

Ang pinaka-mahusay na pinag-aralan na protina ay plectin, na maaaring kumonekta sa tatlong magkakaibang mga cytoskeletal system at nakikipag-ugnayan sa iba't ibang mga protina. Gamit ang electron microscopy, makikita na ang plectin ay bumubuo ng mga lateral na proseso na umaabot mula sa PF, humigit-kumulang 200 nm ang haba at 2-3 nm ang kapal. Ang kakayahan ng plectin na magbigkis sa IF sa magkabilang dulo ay humantong sa ideya na ang mga dulo ng chain nito ay magkapareho sa kanilang mga katangian, at ang mga molekula nito ay mga homotetramer. Ang dami ng pagsusuri ng mga vimentin-plectin complex ay nagpakita na mayroong 10 molekula ng plectin bawat 1 μm ang haba ng rehiyon ng IF. Sa mga kalamnan, nagko-colocalize ang plectin sa desmin IF malapit sa Z-disks at mga istruktura na bumubuo sa intracellular myofibrillar scaffold.

6.2. Intracellular distribution ng organelles

Hanggang kamakailan lamang, walang sinuman ang nag-aakala na ang mga IF ay maaaring kasangkot sa transportasyon ng lamad; gayunpaman, ipinakita kamakailan na ang mga IF ay may mahalagang papel hindi lamang sa transportasyon ng mga organelle ng lamad, kundi pati na rin sa kanilang paggana.

6.2.1. Mitochondria at intermediate filament

Ang mitochondria ay isa sa pinakamahalagang uri ng mga organelle ng lamad para sa pisyolohiya ng cell. Matatagpuan ang mga ito malapit sa IF sa iba't ibang uri ng cell, at tila may mahalagang papel ito. Kaya ito ay naka-out na sa mitochondria sa puso at kalansay kalamnan, wala ng desmin, ang morpolohiya at intracellular lokalisasyon pagbabago. Bilang karagdagan, ang progresibong pagkawasak ng matrix ay sinusunod sa naturang mitochondria, at sila mismo ay nagtitipon sa mga grupo malapit sa sarcolemma. Ang lahat ng mga pagbabagong ito ay humahantong sa pagkagambala sa mga function ng mitochondrial: bumababa ang pinakamataas na rate ng paghinga, bumababa ang pagkonsumo ng oxygen na pinasigla ng ADP, nawawala ang creatine kinase, at bumababa ang antas ng cytochrome c.

6.2.2. Golgi apparatus at intermediate filament

Ang Golgi apparatus ay matatagpuan sa kahabaan ng PF malapit sa gitna ng microtubule organization. Ang pakikipag-ugnayan ng Golgi apparatus at vimentin IFs ay napag-aralan nang mabuti, at ang mga protina kung saan sila nagbubuklod ay natagpuan. Ang isa sa mga ito ay form-imino-transferase cyclodeaminase, isang histidine-cleaving protein. Ang isa pang protina ng Golgi apparatus, GM130, ay naisalokal din kasama ang mga filament ng vimentin kapag nawasak ang mga microtubule, na humahantong sa pagkagambala sa pamamahagi ng Golgi apparatus. Ang pangatlong protina, MICAL (molekula na nakikipag-ugnayan sa CasL), ay direktang nagbubuklod sa vimentin at Rab1 GTPase, na siyang pangunahing kalahok sa vesicular transport mula sa endoplasmic reticulum hanggang sa Golgi apparatus. Kaya, ang ugnayan sa pagitan ng IF at ng Golgi apparatus, na pinag-aralan sa cell culture, ay tila gumaganap ng isang mahalagang papel na pisyolohikal.

6.2.3. Endosome, lysosome at intermediate filament

Ang isa pang halimbawa ng paglahok ng IF sa mga pag-andar ng mga organelles ng lamad ay ang kanilang papel sa transportasyon ng mga endosom at lysosome. Ito ay itinatag na ang vimentin, peripherin, at α-internexin ay nagbubuklod sa AP-3 adapter protein. Ang AP-3 na protina ay isang heterotetrameric adapter complex na kasangkot sa transportasyon ng mga vesicle sa pagitan ng endosomal at lysosomal compartments at kinokontrol ang pagpasok ng mga protina sa lysosomes at tissue-specific organelles - melanosomes, hematopoietic granules, at synaptic vesicles. Ang AP-3 na protina ay nakikipag-ugnayan sa IF sa pamamagitan ng isang dalubhasang domain ng β3A at β3B subunits, na kinakailangan din para sa AP-3 function na nauugnay sa pag-uuri ng protina, at ito lamang ang site nito na nakikipag-ugnayan sa vimentin. Ang kawalan ng AP-3 o vimentin sa mga cell ay humahantong sa hitsura ng parehong phenotype, sa parehong mga kaso ang pamamahagi ng mga zinc ions ay nabalisa. Sa mga fibroblast na kulang sa AP-3 o vimentin, bumababa ang antas nito. Ang intracellular zinc ay pangunahing naisalokal sa mga endocytic vesicles at endosome, at ang imbakan nito ay nakasalalay sa kasalukuyang ng mga chloride ions sa pamamagitan ng kanilang mga lamad. Ang mga channel kung saan pumapasok ang chlorine ay kinokontrol ang pH sa mga endosom at ang pag-iimbak ng mga zinc ions sa kanila. Ang mga protina na bumubuo sa mga channel na ito ay dinadala ng mga vesicle ng lamad kung saan nauugnay ang AP-3 adapter complex. Ipinapalagay na ang kawalan ng AP-3 complex sa mga cell ay humahantong sa isang paglabag sa pH sa loob ng mga endosom, na tinutukoy ng transportasyon ng mga chloride ions. Sa mga cell na kulang sa vimentin, ang nilalaman ng zinc sa mga vesicle ay bumaba ng 40 beses.

Ang isa pang kargamento na dinadala ng AP-3 complex ay ang molekula ng LAMP-2 (lysosome associated membrane protein). Ito ay isang residenteng protina ng mga endosom at lysosome, na kinakailangan para sa kanilang pagsasanib sa mga autophagosome vacuoles, na nabuo mula sa endoplasmic reticulum, sumasaklaw sa organelle na inilaan para sa cleavage, at inihatid ito sa mga lysosome o endosome. Ipinakita na ang pagkagambala sa pagpupulong ng IF ay humahantong sa pagkagambala sa pagbuo ng mga autophagosome vacuoles, ngunit ang mekanismo ng kanilang pakikipag-ugnayan ay hindi pa alam. Mayroong isang pagpapalagay na ang magkasanib na pagkilos ng PF at AR-3 ay nauugnay sa transportasyon ng LAMP-2 na protina. Mahalagang tandaan, gayunpaman, na ang lokalisasyon ng mga endosome at lysosome ay hindi nakasalalay sa IF.

6.2.4. Core at intermediate na mga filament

Ang isa sa mga mahalagang tungkulin ng PF ay ang lokalisasyon ng nuclei. Gayunpaman, ang papel ng IF sa lokalisasyon ng nucleus ay hindi pa sapat na pinag-aralan. Malamang, ito ay binubuo sa paghawak sa nucleus sa lugar at pag-akit ng mga protina na maaaring makipag-ugnayan sa natitirang bahagi ng cytoskeleton.

6.2.5. Iba pang mga function ng intermediate filament

Kasama sa iba pang mga kilalang function ng IF ang kanilang pakikilahok sa pagpapanatili ng komposisyon ng lipid ng mga lamad. Kaya, sa mga preadipocytes, ang kawalan o pagkagambala ng istraktura ng vimentin IF ay nagdulot ng pagbawas sa katatagan ng triglycerides, at sa mga fibroblast at adrenal cells, humantong ito sa kapansanan sa metabolismo ng kolesterol. Ang isang bilang ng data ay nagpapahiwatig na ang mga pagbabago sa komposisyon ng lipid ng mga lamad ay lumitaw bilang isang resulta ng pinsala na nagaganap sa mga huling yugto ng endosomal pathway. Ito ay lumabas na ang isa sa mga pangunahing enzyme ng metabolismo ng kolesterol, ang protina na nagbubuklod ng oxysterol, ay nakikipag-ugnayan sa mga vimentin IF. Sa mga cell na kulang sa PF, mayroong isang pagtaas sa synthesis ng kolesterol, at isang pagbawas sa pagbuo ng isang ester mula dito. Ito ay pinaniniwalaan na ito ay nauugnay din sa kapansanan sa paglipat ng kolesterol sa mga endosomal at lysosomal na lamad. Ang pagkahinog ng glycosphingolipids sa mga cell na kulang sa PF ay pinabagal din, dahil ang kanilang transportasyon mula sa Golgi apparatus patungo sa endosomal system ay mahirap. Ang mga kaguluhan sa transportasyon ng lipid ay nagpapahiwatig na, tila, ang papel ng pakikipag-ugnayan ng mga vesicle ng transportasyon sa PF ay napakahalaga. Sa konklusyon, maaari nating tandaan ang iba't ibang mga function ng IF sa cell. Kasama ng iba pang mga bahagi ng cytoskeleton, nagbibigay sila ng mekanikal na lakas ng cell, lumahok sa tamang pag-aayos ng mga intracellular organelles at nucleus, at sa transportasyon ng mga protina. Gayunpaman, ang ilang mga detalye at banayad na mekanismo ng mga pakikipag-ugnayan na ito ay nananatiling hindi malinaw, pati na rin ang mga tungkulin ng maraming kalahok.

KONGKLUSYON

Ang pangangailangan para sa isang mas malalim na pag-aaral ng mga prinsipyo at mekanismo ng IF na gumagana sa iba't ibang uri ng cell ay pangunahing idinidikta ng katotohanan na ang mga karamdaman na nauugnay sa mga istrukturang cytoskeletal na ito ay ang sanhi ng maraming mga kondisyon ng pathological. Sa ngayon, ang mga mutasyon sa mga gene ng mga protina ng IF na sumasailalim sa malubhang namamana na sakit ay naitatag. Kabilang sa mga ito ay tulad ng hereditary bullous epidermolysis na nauugnay sa mutations ng keratins 5 at 14; myopathy at cardiomyopathy na sanhi ng mga karamdaman ng desmin; tulad ng malubhang sakit sa neurological tulad ng amyotrophic lateral sclerosis at Alexander's disease na nauugnay sa mutations ng peripherin at GFAP, ayon sa pagkakabanggit; Parkinson's disease at ilang iba pang malubhang nervous pathologies na dulot ng neurofilament disorder. Ang isa pang aplikasyon ng pangunahing kaalaman tungkol sa mga IF ay ang matagumpay na paggamit ng mga protina na bumubuo sa kanila bilang mga marker ng iba't ibang mga malignant na tumor. Para sa maraming uri ng mga tumor, ang uri ng "mali" na IF na protina ay maaaring magsilbing diagnostic marker. Kamakailan, dahil sa tumaas na interes sa problema ng paggamit ng mga stem cell, maraming mga mananaliksik ang ibinaling ang kanilang atensyon sa IF bilang isang maginhawang marker ng cell differentiation. Sa katunayan, sa pamamagitan ng pag-alam kung aling KUNG protina ang ipinahayag sa mga selula, madali at mabilis na matutukoy ng isa ang kanilang uri. Kaya, ang mga IF ay isang mahalagang bahagi ng cytoskeleton, na mayroong maraming natatanging katangian at gumaganap ng mahalagang papel sa cell physiology.

PANITIKAN

Wiki - Linki [Electronic na mapagkukunan]. – Access mode:http://wiki-linki.ru/Page/1580780.
Vimentin intermediate filament at ang kanilang papel sa intracellular distribution ng organelles / A.A. Minin, M.V. Moldaver // Mga pagsulong sa biological chemistry. - 2008. - T. 48, S. 221-252.
Panimula sa cell biology. Teksbuk para sa mataas na paaralan. – 4th ed., binago. at karagdagang / Yu.S. Chentsov. - M .: ICC "Akademkniga", - 2004. - 495 p.
Faler DM, Shields D. – Molecular biology ng cell. Gabay para sa mga doktor. Per. mula sa Ingles. - M.: Publishing house BINOM, 2006. - 256 p.

Ang mga intermediate filament (IF) ay kahawig ng isang lubid na may kapal na humigit-kumulang 8-10 nm, na binubuo ng mga fibrillar monomer. Ang mga ito ay naisalokal pangunahin sa perinuclear zone at sa mga bundle ng fibrils na umaabot sa cell periphery at matatagpuan sa ilalim ng plasma membrane (Larawan 238, 240, 241). Ang mga IF ay matatagpuan sa lahat ng uri ng mga selula ng hayop, ngunit higit na sagana sa mga napapailalim sa mekanikal na stress: mga epidermal cell, mga proseso ng nerbiyos, makinis at striated na mga selula ng kalamnan. Ang PF ay hindi natagpuan sa mga selula ng halaman.

Ang mga intermediate filament ay binubuo ng isang malaking grupo ng mga kaugnay na protina, na nahahati sa apat na uri. Ang unang uri ay keratin, acidic at neutral, na matatagpuan sa mga epithelial cells; bumubuo sila ng mga heteropolymer mula sa dalawang subtype na ito. Ang mga keratin, bilang karagdagan, ay may ilang heterogeneity depende sa pinagmulan ng tissue. Kaya, hanggang sa 20 mga anyo ng keratin ay matatagpuan sa epithelium, 10 mga anyo ng iba pang mga keratin ay matatagpuan sa buhok at mga kuko. Ang molekular na timbang ng mga keratin ay mula 40 hanggang 70 libong mga yunit.

Ang ikatlong uri ay mga protina ng neurofilament(sinasabi nila na ang timbang ay mula 60 hanggang 130 libo) ay matatagpuan sa mga axon ng mga selula ng nerbiyos.

Ang mga nuclear lamina protein ay bumubuo ng maluwag na hugis-parihaba na sala-sala. Ang ganitong mga layer ng lamina ay mabilis na nawasak sa panahon ng mitosis sa pamamagitan ng phosphorylation ng mga lamin.

Ang mga cytoplasmic intermediate filament ay kabilang sa mga pinaka-matatag at pangmatagalang elemento ng cytoskeleton.

Tinutukoy ng mga tampok na istruktura at katatagan ng kemikal ng mga intermediate filament ang kanilang pisikal na katatagan. Nagsisilbi sila bilang isang tunay na sistema ng suporta sa mga cell na sumasailalim sa makabuluhang pisikal na stress. Sa mga selula ng balat ng balat, ang mga intermediate na filament ay bumubuo ng mga bundle (tonofilament) na nauugnay sa mga desmosome at lumikha ng isang matibay na intracellular network (Fig. 243). Kaya, sa mga nerve axon na umaabot ng maraming sampu-sampung sentimetro, ang PF o neurofilaments ay lumikha ng isang matibay na base na nagsisiguro sa flexibility at integridad ng manipis na cytoplasmic na proseso ng mga nerve cells. Sa transversely striated na mga selula ng kalamnan, ang mga filament ng desmin ay bahagi ng mga z-disc at ikinonekta ang mga ito sa isa't isa kapwa bilang bahagi ng sarcomere at sa kalapit na myofibrils, gayundin sa lamad ng plasma.

Mga intermediate na filament- malakas at matatag na kemikal na mga filament ng protina na may kapal na humigit-kumulang 10 nm (na isang intermediate na halaga sa pagitan ng makapal na microtubule at microfilament). Ang mga ito ay matatagpuan sa mga selula ng iba't ibang mga tisyu (tingnan sa ibaba) at matatagpuan sa anyo ng mga three-dimensional na network sa iba't ibang bahagi ng cytoplasm, pumapalibot sa nucleus, at bahagi ng mga desmosome at hemidesmosome ng mga epithelial cells ( sa plasmolemma kung saan sila ay naayos sa pamamagitan ng mga transmembrane protein), namamalagi sa buong haba ng mga proseso ng mga neuron. Ang mga intermediate na filament ay binubuo ng mga filamentous na molekula ng protina na pinagtagpi-tagpi tulad ng isang lubid.

Ang mga pag-andar ng mga intermediate filament ay hindi lubos na nauunawaan; ito ay itinatag, gayunpaman, na ang mga ito ay hindi nakakaapekto sa alinman sa paggalaw o cell division. Ang kanilang mga pangunahing pag-andar ay kinabibilangan ng:

(1) istruktura - pagsuporta at pagsuporta, tinitiyak ang pamamahagi ng mga organelles sa ilang mga lugar ng cytoplasm;

(2) tinitiyak ang pare-parehong pamamahagi ng mga puwersa ng pagpapapangit sa pagitan ng mga selula ng tisyu, na pumipigil sa pinsala sa mga indibidwal na selula (dahil sa koneksyon ng mga intermediate filament na may mga transmembrane na protina na desmosome at hemidesmosome);

(3) pakikilahok sa edukasyon malibog na sangkap sa epithelium ng balat; sa mga epithelial cells ay nagbubuklod sila sa iba pang mga protina at bumubuo ng mga hindi malalampasan na mga hadlang (horny scales), sila ang pangunahing bahagi ng buhok at mga kuko;

(4) pagpapanatili ng hugis ng mga proseso ng nerve cells at pag-aayos ng mga protina ng transmembrane (sa partikular, mga channel ng ion);

(5) pagpapanatili ng myofibril sa tissue ng kalamnan at attachment sa plasmalemma, na nagsisiguro sa kanilang contractile function.

Malinaw, ang mga function na minarkahan ng mga numero (2)-(5) ay nagsisilbing partikular na mga pagpapakita ng isang mas pangkalahatang structural function (1) sa iba't ibang mga tisyu.

Sa isang nasirang cell, ang network ng mga intermediate filament (hindi tulad ng iba pang mga bahagi ng cytoskeleton) ay bumagsak at tumutuon sa paligid ng nucleus, na nagbubuklod sa mga nasirang organelles at mga pinagsama-samang protina. Ang isang kakaibang istraktura ay nabuo, na, tulad ng isang cocoon, ay tumutuon sa mga nasirang bahagi ng cell para sa kasunod na pagkasira sa pamamagitan ng kanilang intracellular digestion. Sa panahon ng pagpapanumbalik ng istraktura at pag-andar ng cell pagkatapos ng pinsala, ang network ng mga intermediate filament ay muling ipinakalat sa buong cytoplasm. Hindi tulad ng mga microfilament at microtubule, ang pagbuo ng mga intermediate filament ay hindi nangangailangan ng ATP, at hindi sila sumasailalim sa patuloy na pagpupulong at dissociation, ngunit hindi gaanong labile at medyo matatag na mga istraktura.

Pamamahagi ng mga intermediate filament ng iba't ibang klase sa mga selula at tisyu ng tao

Mga klase ng intermediate filament at ang kanilang pagkakakilanlan.

Sa kabila ng katotohanan na ang istraktura ng mga intermediate na filament sa mga cell ng iba't ibang uri ay magkatulad, sila ay naiiba nang malaki sa kanilang molekular na timbang at kemikal na kalikasan, na maaaring maipakita ng mga immunocytochemical na pamamaraan na may mga antibodies sa mga intermediate na filament ng iba't ibang klase. Mayroong 6 na pangunahing klase ng intermediate filament (tingnan sa itaas). Ang cytoplasm ng karamihan sa mga cell ay naglalaman lamang ng isang klase ng mga ito; sa bahagi ng mga selula, dalawang klase ang nakikilala, kung saan ang isa ay ang pangunahing isa.

Ang pagkilala sa mga klase ng intermediate filament ay mahalaga sa pagsusuri ng mga tumor upang matukoy ang tissue na kabilang sa mga tumor cells, na maaaring matukoy ang pagpili ng paggamot at pagbabala. Ang pagtuklas ng mga cytokeratin, desmin at glial fibrillar acidic na protina, na nagsisilbing mga marker ng mga tumor ng epithelial, muscular at glial na pinagmulan, ay ang pinakamalaking halaga ng diagnostic. Ang mga hindi gaanong malinaw na resulta ay nakukuha sa pamamagitan ng pagtuklas ng vimentin, na ipinahayag at ipinahayag (ipinahayag kasama ng mga protina ng iba pang mga klase ng intermediate filament) ng maraming uri ng cell. Ang makabuluhang impormasyon tungkol sa antas ng pinsala sa epithelial ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagtukoy sa pagpapahayag ng mga molekular na anyo ng mga keratin na tiyak para sa mga cell ng isang partikular na lokalisasyon at antas ng pagkita ng kaibhan. Sa ganitong paraan, posible na maitaguyod, halimbawa, ang mga maagang precancerous na pagbabago sa epithelium na hindi nakita ng mga karaniwang pamamaraan ng morphological.

Ang mga intermediate filament ay ang mga pangunahing bahagi ng nuclear at cytoplasmic cytoskeleton

Ang mga intermediate na filament ay kinakailangan upang mapanatili ang wastong istraktura at paggana ng tissue.

Sa mga tuntunin ng diameter, ang mga intermediate na filament ay matatagpuan sa pagitan ng actin filament at microtubule at bumubuo ng malakas na mga network.

Ang mga intermediate filament ay mga polimer na binubuo ng mga subunit ng protina.

Ang mga protina na bumubuo sa mga intermediate filament ay magkakaiba at naka-encode ng isang pamilya ng malalaki at kumplikadong mga gene.

Sa mga tao, higit sa 50 mga sakit ang sanhi ng paglitaw ng mga mutasyon sa mga protina ng intermediate filament.

Microtubule, actin filament (microfilament) at intermediate filament ay tatlong pangunahing sistema ng mga filament ng protina na bumubuo sa cytoskeleton. Ang mga intermediate na filament ay bumubuo ng isang network sa cytoplasm at nucleus at naroroon sa lahat ng metazoan (hayop) na mga selula.

Hindi tulad ng microtubule at actin filament, na mahalaga kahit para sa kaligtasan nakahiwalay na mga cell sa vitro, ang pangunahing pag-andar ng mga intermediate filament ay ipinahayag sa antas ng organisasyon ng tissue, kung saan kinakailangan ang mga ito para sa wastong paggana ng mga tisyu at organo. Ang ilang mga uri ng intermediate filament ay kasangkot sa paghawak ng mga cell nang magkasama, na kinakailangan para sa pagbuo ng tissue.

Ang mga intermediate na protina ng filament ay naka-encode ng ilang malalaking pamilya mga gene. Ang mga protina na ito ay bumubuo ng isang kumplikadong sistema ng mga filament, na bumubuo ng hanggang 80% ng kabuuang cellular protein sa isang cell sa ilalim ng normal na mga kondisyon ng physiological. Ang intracellular distribution ng intermediate filament ay naiiba sa katangiang iyon ng actin filament at microtubule.

Pamamahagi ng iba't ibang uri ng intermediate filament sa mga kulturang fibroblast.
Immunofluorescent staining para sa vimentin at lamin B. Ang Vimentin ay nasa cytoplasm at lamins sa nucleus.

Mga histologist natuklasan ang mga ito (sa anyo ng mga neurofibril ng mga neuron at tonofilament ng mga epidermal cells) bago pa noong 1960s. sa electron microscopic na pagsusuri ng tissue ng kalamnan, inilarawan ang mga indibidwal na filament. Sa mga selula ng kalamnan, ang "intermediate" na mga filament ay sumasakop sa isang gitnang posisyon sa diameter sa pagitan ng "makapal na mga filament" ng myosin II at ang "manipis na mga filament" ng actin. Ang kanilang average na diameter ay humigit-kumulang 10 nm, ibig sabihin, mas makapal sila kaysa sa mga filament ng actin (mga 8 nm) at mas payat kaysa sa mga microtubule (mga 25 nm). Ang lahat ng tatlong filament system ay ipinapakita sa figure sa ibaba.

Mga intermediate na protina ng filament ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang karaniwang istraktura ng molekular at nag-polymerize sa mga filament na may mataas na lakas ng makina. Sa isang electron microscope, pareho ang hitsura nila. Sa mas matataas na vertebrates, ang pamilya ng mga kaukulang protina ay isinaayos sa pinaka kumplikadong paraan, at ang isyung ito ay isasaalang-alang sa kabanatang ito.

Katulad intermediate filament matatagpuan din sa mga invertebrate, ngunit ang kanilang bilang ng mga gene na naka-encode sa kaukulang mga protina ay mas mababa kaysa sa mga vertebrates. Gayundin, ang mga intermediate filament ng invertebrates ay hindi gaanong heterogenous at may mas kaunting tissue specificity kaysa sa mga mammal. Ang genome ng tao ay naglalaman ng humigit-kumulang 70 mga gene na nag-encode ng mga intermediate na protina ng filament. Isinasaalang-alang ang alternatibong splicing para sa ilang mga ito, ang kabuuang bilang ng mga protina na ito ay lumalapit sa 75.

Ang mga ito ay kinakatawan ng mas malaking bilang ng mga variant at mas heterogenous kaysa mga protina ng actin o tubulin. Ang lahat ng mga intermediate na protina ng filament ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagpapahayag na tukoy sa tisyu. Nagbabago din ang kanilang ekspresyon sa panahon ng pagkita ng kaibhan.

Karamihan sa impormasyon tungkol sa pagpapahayag at biochemical ari-arian, ay nakuha bago ang kanilang mga function at kaugnayan sa ilang mga sakit ay itinatag. Ipinakita na ngayon na ang mga mutasyon sa mga gene ng mga intermediate na protina ng filament ay nauugnay sa maraming mga genetic na sakit na nailalarawan sa pamamagitan ng iba't ibang mga pagpapakita ng phenotypic. Kabilang dito ang hindi bababa sa 50 indibidwal na sakit, mula sa varicose veins hanggang progeria.

Halos lahat ng uri intermediate filament protein genes nauugnay sa ilang anyo ng pagpapakita ng kahinaan ng tissue. Ito ay nagmumungkahi na ang sapat na mekanikal na lakas ay kinakailangan para sa tissue na gumana sa vivo at ito ay, sa isang malaking lawak, direkta o hindi direktang nauugnay sa mga intermediate filament. Isinasaalang-alang na ang gene expression ng intermediate filament proteins ay tissue-specific, ito ay lubos na posible na ang lahat ng mga protina ay nagbibigay ng tissue cells ng pinakamaliit na shade ng pagkakaiba. Ang mga tissue cell ay nangangailangan ng iba't ibang katangian, tulad ng lakas, plasticity, bilis ng pagpupulong at pag-disassembly ng mga istrukturang nagbibigay ng lakas.

Marahil ito ang dahilan kung bakit napakaraming mga gene na nagko-coding para sa mga intermediate na protina ng filament na lumitaw sa kurso ng ebolusyon.

Ang mga pangunahing bahagi ng cytoskeleton sa electron microscope.
Ang isang ultrathin na seksyon ng isang kidney epithelium ay nagpapakita ng actin microfilament, K8/K18 intermediate filament, at microtubule.