Celični skelet

Glavne naloge citoskeleta

• Zgradba in opora
  
• Znotraj celični transport
  
• Krčljivost in gibanje
  
• Prostorska ureditev
  

TRIJE TIPI PROTEINSKEGA NITJA

Aktinski filamenti

Aktinski filamenti so eni od treh tipov citoskeleta. Zgrajeni so iz dveh prepletajočih se verig in najdemo jih pod celično membrano. Polimerno obliko aktina imenujemo F-aktin (d = 7 mm), monomerno pa G-aktin.

Vloga aktina v celici:

• mišična kontrakcija
  
• ameboidno gibanje
  
• celična delitev
  
• celična lokomocija
  
• vzdrževanje oblike celice
  

Aktin je sestavljen iz 375 aminokislin in je najbolj zastopan protein v celici.
Poznamo 6 izomernih oblik:

• 4-α-aktin: v celicah za krčenje
  
• 1-β-aktin: v celicah za gibanje
  
• 1-γ-aktin: v gladkih mišičnih celicah
  
• Arp 1 (actin related protein): vključen je v transport povezan z mikrotubuli
  
• Arp 2/3: se povežeta v kompleks; sodelujeta pri nastajanju in razvejanju aktinskih filamentov
  

Nastanek aktinskih filamentov:
Odvisen od zadostne koncentracije G-aktina z vezanim ATP ter ustreznega ionskega razmerja. Aktinska molekula je globularni protein (G-aktin). V svoji zgradbi vsebuje posebno mesto za vezavo ATP ali ADP. Vezava je odvisna od koncentracije Mg2+ ionov. Po vezavi ATP ima G-aktin 10-krat večjo afiniteto do vezave z drugo molekulo G-aktina. Na ta način nastane iz monomera polimer (F-aktin). Koncu, kjer se molekule dodajajo, pravimo pozitivni konec. Na nasprotnem, negativnem koncu pa prihaja do hidrolize ATP v ADP. Molekule z vezanim ADP pa se hitreje odcepljajo. Prenos monomera s + konca na – konec na F-aktinu imenujemo 'treadmilling'. V primeru povišane koncentracije G-aktina (> 0,8 μM) poteka dodajanje na obeh koncih filamenta. Če pa je koncentracija manjša od 0,1 μM, se začne filament krajšati na obeh koncih.

Pri vzdrževanju razmerja med monomerno in polimerno obliko sodelujeta 2 proteina: TIMOZIN in PROFILIN, pri cepitvi pa KOFILIN in GELSOLIN. Proteine, ki stabilizirajo aktinske filamente, imenujemo pokrovni ali capping proteini. Najbolj znana sta: CAP Z in TROPOMODULIN.

Intermediarni filamenti

Intermediarni filamenti so heterogena skupina citoskeleta (poznamo že okoli 70 genov), ki so celično specifični. So dolgi, nitasti filamenti s premerom 10 nm, ki izhajajo iz centra celice proti membrani. Ne potrebujejo ne ATP-ja ne GTP-ja za svoj obstoj. Filamenti niso polarizirani in so odporni na razteznostne sile, zato so zelo pomembni v epitelnem in mišičnem tkivu.

Njihova vloga:

• celična in tkivna integriteta
  
• lokalizacija in delovanje celičnih organelov:
  
  • vzdrževanje mitohondrijev ob miofibrilah v mišični celici
    
  • vzdrževanje Golgijevega aparata ob celičnem jedru
    
  • razporejanje lizosomov
    
  • povezovanje jedra s transmembranskimi proteini
    
  • vzdrževanje oblike jedra (jedrna lamina)
    
  • usmerjanje proteinov na tarčna mesta
    

Delimo jih na 6 skupin:

• kisli keratini
  
• bazični keratini
  
• vimentin (krvne celice in fibroblasti), dezmin (mišične celice), gliakisli proteini in periferin (živčne celice)
  
• lahki NF-L, srednje težki NF-M, težki NF-H: pomembni za vzdrževanje aksonov
  
• lamini A,B,C: sestavljajo jedrno lamino, ki predstavlja bazo, na kateri se gradi jedrna membrana. Lamina A in C se povezujeta v mrežo, lamin B pa predstavlja povezavo z jedrno membrano
  
• nestin: pomemben med embrionalnim razvojem (nastajanje nevronov v matičnih celicah)
  

Intermediarni filamenti so sestavljeni iz treh regij:
Glava, ki je na N-koncu; osrednja paličasta regija, ki predstavlja konzervativni del proteina; in rep, ki je na C-koncu. Pomemben povezovalni protein je plektin, ki povezuje intermediarne filamente z drugimi elementi citoskeleta.

Mikrotubuli

Mikrotubuli so dolge cevaste strukture s premerom 24 nm. Sestavljeni so iz tubulinskih dimerov α in β. Ti se povežejo v linearne protofilamente. 13 paralelno v krog vezanih protofilamentov tvori en mikrotubul. Mikrotubuli so polarni - na β-koncu pozitivni in negativni na α-koncu. Rast mikrotubulov se začne na z γ-tubulini obdanem centrosomu. Negativni α-konec se prvi veže, zato mikrotubuli rastejo proti pozitivnemu koncu. Za svojo rast potrebujejo molekule GTP. Na α-mesto se veže GTP, da poveže obe enoti v dimer. Na β-mesto pa se veže GTP, ki trdno povezuje druge dimere. Vendar se lahko na β-mestu GTP hidrolizira v GDP in oslabi vez. Hitrost rasti je odvisna od koncentracije tubulinskih dimerov. Če se hidroliza GTP v GDP nadaljuje vse do konca mikrotubula, se zgodi hitra razgradnja na tubulinske dimere. Temu pojavu pravimo dinamična nestabilnost.

Vloga mikrotubulov:

• celična in tkivna integriteta
  
• zagotavljajo znotrajcelično vezavo za motorne proteine KINEZINE in DINEINE
  
• delitev kromosomov pri mitozi
  
• oblikovanje delitvenega vretena
  
• sestavljajo bazalno telo (migetalke) - z gibanjem premikajo tekočino
  
• sestavljajo aksonemo bičkov (1-2 na celico), ki utripajo v valovih in prenašajo tekočino
  

Motorni proteini:
Kinezini se premikajo proti pozitivnemu koncu, dineini pa proti negativnemu koncu, oba proteina sodelujeta pri prenašanju organelov, delitvi celice in premikanju bičkov ali migetalk.

Proteini, ki sodelujeo pri rasti mikrotubula:
XMAP 215 se vežajo na + konec in ga stabilizirajo. KATASTROFIN hitro odceplja kompomente. KATANIN cepi mikrotubul po celi dolžini.