ЦИТОСКЕЛЕТ

ЦИТОСКЕЛЕТ

К элементам цитоскелета относят микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты. Цитоскелет придаёт клетке определённую форму и выполняет множество других функций (например, обеспечивает подвижность клетки и внутриклеточный транспорт).

Микротрубочки

Микротрубочки состоят из 13 параллельных тубулиновых протофиламентов (нитей), образующих полые цилиндры диаметром 25 нм и длиной в несколько микрометров (рис. 2-24). Каждая нить собрана

Рис. 2-22. Органеллы и включения. [17]

Рис. 2-24. Микротрубочка. 13 параллельно расположенных протофиламентов состоят из отдельных субъединиц - димеров α- и β-тубулина. 13 параллельно расположенных тубулиновых протофиламентов формируют полый цилиндр диаметром 25 нм. Протофиламенты образуются путём полимеризации гетеродимерного белка тубулина, состоящего из глобулярных субъединиц - α- и β-тубулина. [114]

из гетеродимерного белка тубулина, состоящего из двух глобулярных субъединиц - α- и β-тубулина. Сборка микротрубочек осуществляется в т.н. центре организации микротрубочек в центросоме. Микротрубочки - динамичные структуры, постоянно подвергающиеся полимеризации и деполимеризации.

Полимеризация и деполимеризация микротрубочек. Удлинение (рост) микротрубочек происходит за счёт полимеризации молекул тубулина. В каждой микротрубочке различают (+)-конец и (-)-конец. Микротрубочки постоянно подвергаются полимеризации и деполимеризации с (+)-конца, тогда как с противоположного (-)-конца (если он не занят стабилизирующим белком) тубулиновые гетеродимеры отделяются от микротрубочек. Как только прекращается добавление новых димеров к растущему концу, в этом месте сразу начинается разборка полимера. Повторяющиеся раунды полимеризации и деполимеризации характеризуют динамическую нестабильность микротрубочек. Цитозольные белки, способные связываться с концами микротрубочек и стабилизировать их, относят к семейству ассоциированных с микротрубочками белков.

 Функции микротрубочек. Микротрубочки участвуют в поддержании формы клетки, антероградном и ретроградном аксоном транспорте макромолекул, органелл и секреторных везикул, фагоцитозе и функции лизосом. Микротрубочки образуют аксонемы и базальные тельца, обеспечивая подвижность жгутиков и ресничек, в составе центриолей они обеспечивают расхождения хромосом при делении клеток.

 Молекулярные моторы. Применительно к микротрубочкам под этим термином понимают АТФазы (динеины и кинезины), одним доменом связывающиеся с тубулином микротрубочек, а другим - с различными мембранными органеллами (митохондриями, секреторными везикулами из комплекса Гольджи, элементами эндоплазматической сети, эндоцитозными пузырьками, аутофагосомами) или макромолекулами. За счёт расщепления АТФ моторные белки перемещаются вдоль микротрубочек и таким образом транспортируют ассоциированные с ними органеллы и макромолекулы. При этом кинезиновый мотор направлен к (+)-концу, а динеиновый - к (-)-концу микротрубочки (см. рис. 2-28).

 Тубулин-кинезиновый хемомеханический преобразователь обеспечивает внутриклеточный транспорт органелл и перемещение хромосом вдоль микротрубочек в ходе клеточного деления. Перемещение органелл вдоль микротрубочек с участием кинезинов осуществляется в направлении (+)-конца микротрубочек.

 Тубулин-динеиновый хемомеханический преобразователь отвечает за направленный транспорт макромолекул и органелл к (-)-концу микротрубочек. В составе аксонемы тубулиновый молекулярный мотор приводит в движение жгутик сперматозоида и реснички мерцательных клеток.

 Аксонема (рис. 2-25, рис. 2-26) состоит из 9 периферических пар микротрубочек и двух расположенных центрально одиночных микротрубочек. В каждой периферической паре различают субфибриллу А, содержащую 10-11 тубулиновых протофиламентов, и субфибриллу В, содержащую 13 протофиламентов. Смежные пары микротрубочек соединены между собой эластичным белком нексином. С субфибриллой А связаны наружные и внутренние ручки. В их состав входит белок динеин, содержащий 2-3 глобулярные головки, соединённые с гибкой фибриллярной частью молекулы. Основание фибриллярной части вплетено в микротрубочку (субфибрилла A). Глобулярная головка обладает АТФазной активностью. При расщеплении АТФ она скользит по поверхности микротрубочки (субфибрилла B) соседней пары по направлению к её (-)-концу. Этот механизм аналогичен скольжению элементов актомиозинового хемомеханического преобразователя в мышце. Аксонема - основной структурный элемент реснички и жгутика.

Рис. 2-25. Аксонема состоит из комплекса микротрубочек и связанных с ними белков.

9 пар микротрубочек расположено по окружности, одна пара находится в центре. Каждая периферическая пара образована субфибриллой A и субфибриллой B. Субфибриллы состоят из протофиламентов. Обладающий АТФазной активностью белок динеин - компонент тубулин-динеинового хемомеханического преобразователя - входит в состав ручек, связанных с субфибриллой A. [17]

 Базальное тельце (рис. 2-26) состоит из 9 триплетов микротрубочек, расположенных в основании реснички или жгутика; служит матрицей при организации аксонемы.

 Ресничка - вырост клетки длиной 5-10 мкм и шириной 0,2 мкм, содержащий аксонему (рис. 2-26). Реснички присутствуют в эпителиальных клетках воздухопроводящих и половых путей, перемещают слизь с инородными частицами и остатками отмерших клеток и создают ток жидкости около клеточной поверхности.

 Жгутик, как правило, не встречается в количестве более двух на клетку. В сперматозоиде человека жгутик имеет длину 50-55 мкм, толщину 0,2-0,5 мкм и содержит аксонему.

 Киноцилия - (греч. kinesis, движение; cilium, ресничка) специальная органелла подвижности на поверхности волосковых клеток органа равновесия (см. рис. 8-65).

Микрофиламенты

Две переплетённые нити F-актина (фибриллярного актина), составленные из G-актина (глобулярного актина), формируют микрофиламенты диаметром 6-8 нм. В комплексе с актин-связывающими белками актиновые филаменты образуют различные внутриклеточные структуры (тонкие нити миофибрилл, кортикальный примембранный скелет, опоясывающую десмосому, микроворсинки, стереоцилии).

Рис. 2-26. Ресничка - тонкий вырост на поверхности клетки. Стержень реснички образован аксонемой - системой микротрубочек 9+2. В основании реснички расположено базальное тельце, служащее матрицей для формирования аксонемы. [17]

Как и микротрубочки, микрофиламенты полярны; присоединение (полимеризация) новых молекул G-актина происходит на (+)-конце, а деполимеризация (разборка полимера) на (-)-конце микрофиламента. Известны токсины (например, цитохалазины, фаллоидин), связывающиеся с актином и блокирующие его полимеризацию, нарушая тем самым подвижность клеток, фагоцитоз и цитокинез. Микрофиламенты принимают непосредственное участие в образовании микроворсинок клетки.

Микроворсинки (рис. 2-31). Пучок параллельных микрофиламентов образует сердцевину микроворсинок высотой 1 мкм. Каждый энтероцит (осуществляющая всасывание эпителиальная клетка тонкой кишки) содержит более 1000 микроворсинок, которые увеличивают площадь апикальной поверхности клетки в 20 раз.

Рис. 2-28. Молекулярные моторы. Тубулин-кинезиновый хемомеханический преобразователь. Двигательные белки молекулярных моторов (динеин и кинезин) - ферменты, преобразующие энергию АТФ в механическую работу. Кинезиновый мотор обеспечивает транспорт органелл к (+)-концу, а динеиновый - к (-)-концу микротрубочек. [114]

 Стереоцилии (см. рис. 8-57, рис. 15-16). На поверхности эпителиальных клеток придатка яичка и семявыносящего протока, волосковых клеток органа слуха и равновесия имеются высокие микроворсинки, известные как стереоцилии.

 Функции микрофиламентов крайне разнообразны: участие в процессах мышечного сокращения, подвижности немышечных клеток, эндоцитоза, экзоцитоза, изменения консистенции цитозоля, стабилизации локальных выпячиваний плазматической мембраны, цитокинезе.

Промежуточные нити

Нити цитоскелета диаметром 8-12 нм названы промежуточными, поскольку по величине диаметра они находятся между микротрубочками и микрофиламентами. Промежуточные нити (филаменты) состоят из белков, специфичных для определённых клеточных типов. Различают цитокератины эпителия, десмины мышц, виментины мезенхимы, ламины ядерной оболочки, а также нейрофиламенты, глиофиламенты и чётковидные волокна хрусталика.

Рис. 2-31. Организация микроворсинки в апикальной части каёмчатой клетки. Около 30 параллельно идущих микрофиламентов образуют стержень микроворсинки. (+)-Концы двух переплетённых нитей F-актина микрофиламентов направлены к вершине микроворсинки. Микрофиламенты сшивают актин-связывающие белки фимбрин и виллин. Микрофиламенты присоединены к внутренней поверхности плазматической мембраны при помощи миозина I. В основании микроворсинок актиновые нити (-)-концами заякорены в терминальную сеть - примембранное сплетение микрофиламентов сшитых между собой фодрином. [114]

Поскольку экспрессия белков промежуточных нитей специфична для определён- ных клеточных типов, для цитодиагностики генеза опухолей в клинико-лабораторной практике используют иммуноцитохимические реакции с АТ против белков конкретных типов промежуточных нитей.

Функции. Промежуточные нити создают внутриклеточный каркас, обеспечивают упругость клетки, поддерживают упорядоченность расположения компонентов цитоплазмы, координируют связи между внеклеточным веществом, цитоплазмой и ядром.

РИБОСОМЫ

Рибосома состоит из большой и малой субъединиц (СЕ), содержащих различные типы рРНК и белки. Малая СЕ связывается с мРНК и активированными тРНК. Функция рибосом - трансляция (считывание кода мРНК и сборка полипептидов). Рибосомы подразделяют на митохондриальные и более крупные цитоплазматические.

•  Митохондриальные рибосомы (60S) состоят из 45S и 35S СЕ, содержащих соответственно 16S и 12S рРНК, кодируемые митохондриальной ДНК. Эта ДНК содержит последовательности для митохондриальных мРНК и тРНК. Большинство ферментов, участвующих в трансляции митохондриальной мРНК, кодируется ядерной ДНК.

•  Цитоплазматические рибосомы - небольшие электронно-плотные частицы размером 12x25 нм (80S), состоят из синтезируемой в ядрышке рРНК и белков. Цитоплазматические рибосомы подразделяют на свободные и связанные с мембранами эндоплазматической сети (поэтому такая эндоплазматическая сеть и называется гранулярной) и наружной ядерной мембраной. Ассоциаты рибосом формируют полирибосомы.

•  Полирибосома (полисома) - комплекс нескольких рибосом, расположенных на одной молекуле мРНК. Полирибосомы, как и отдельные рибосомы, находятся в цитоплазме в свободном состоянии или прикреплены к мембранам эндоплазматической сети. Свободные полирибосомы синтезируют белки и ферменты для самой клетки (конститутивный синтез), а полирибосомы гранулярной эндоплазматической сети - предназначенные для хранения или выведения из клетки (синтез на экспорт).

YAmedik.org