трусики женские украина

На головну

 Цитоскелет сигналізує - Біологія і хімія

С.Ю. Афонькин, Г.П. Пінаєв

В сутінки на горищі сараю запрацювало штурвальне колесо. Один за одним натягалися міцні мотузкові дроти, передаючи туди, куди треба, і ті, що треба, сигнали.

А.Гайдар. «Тимур і його команда»

Основи комунікації

Для нормальної життєдіяльності будь-якого організму складові його клітки, подібно людям в соціумі, повинні чуйно реагувати на мінливу ситуацію, регулюючи свою роботу в залежності від навколишніх умов і поточних потреб багатоклітинного держави. Зміна функцій клітини відбувається при появі або зникненні в ній певних білків або зміну активностей вже існуючих. Регуляція активностей білків відбувається шляхом зміни їх просторової структури за рахунок приєднання або дисоціації іонів металів, фосфатних, гідроксильних або метильних груп, а також взаємоперетворення SH-груп і SS-зв'язків, здатних утворювати внутрібелковие зшивання. Ці групи і малі молекули відіграють роль своєрідних молекулярних «затискачів» і «фіксаторів», додавання або видалення яких оборотно змінює активності ферментів.

Клітка змінює активності своїх ферментів у відповідь на одержувані нею із зовнішнього середовища специфічні сигнали. Ці сигнали являють собою певні низькомолекулярні речовини (ліганди), що зв'язуються зі спеціальними ділянками клітинної поверхні - рецепторами. В організмі людини лигандами є, наприклад, нейротрансмітери, які виділяються в синаптичних щілинах нервовими клітинами у відповідь на нервовий імпульс, а також речовини, секретуються іншими клітинами в навколишнє їх середовище.

У першому випадку сигнал сприймається нервовою клітиною і по нервового волокна приходить точно за адресою до іншої клітці. Цей тип регулювання швидкий і забезпечується нервовою системою.

У другому випадку, званому гуморальної регуляцією, сигнальне речовина може діяти на цілу групу клітин. Якщо воно діє в найближчому оточенні від виділила його клітини, говорять про локальних хімічних медіатори (від лат. Localis - місцевий, medius - бути посередником). Один із прикладів такого медіатора - білок гістамін, який виділяють так звані гладкі клітини у відповідь на пошкодження оточуючих їх тканин. В результаті дії гістаміну збільшується просвіт прилеглих кровоносних судин, і до місця травми спрямовуються загони лімфоцитів, буквально протискуватися через стінки капілярів. Поглинаючи сигнальні речовини, які самі ж і виділяють, клітини здійснюють самоконтроль і самонастройку на певну роботу.

Можлива також і гуморальна регуляція стану всього організму, коли сигнальне речовина синтезується певним типом тканини, потрапляє в кров і розноситься з кровотоком по всьому тілу. Такий тип сигнальної комунікації забезпечують гормони. Однак і на гормони реагують тільки клітини, що мають відповідні рецептори.

Хімічні речовини, здатні зв'язуватися з зовнішніми клітинними рецепторами і впливати на функціонування клітини, називають первинними медіаторами, або первинними мессенджерами (англ. Messenger - посильний). Міжклітинна сигналізація дивним чином нагадує основи комунікації, розроблені в людському суспільстві.

Провід телефонної мережі схожі на хитросплетіння нервових волокон. Повідомлення по них проходить від одного абонента до іншого. Роль локальних хімічних медіаторів відіграють усні повідомлення. Вони надходять тільки до найближчих слухачам. Без спеціальних технічних хитрувань до всього суспільства вони не дійдуть.

Самонастройку і самоконтроль здійснює кожна людина, віддаючи усний чи письмовий наказ самому собі. Кровоносне русло виконує функції поштового зв'язку, яка крім іменних листів і бандеролей щодня розносить тисячі рекламних листочків, які опускаються в кожен абонентський ящик. Реагують ж на ці повідомлення про лагодження телевізорів або продажу цукру мішками тільки люди, які мають потребу в цій послузі - «рецептірующіе» інформацію про неї.

Загадка цАМФ

Яким же чином первинні месенджери впливають на активність білків і, тим самим, на активність клітини? Для цього зовнішній по відношенню до клітки сигнал повинен перетворитися у внутрішній. Ключову роль у такому процесі відіграють утворюються всередині клітини вторинні месенджери, яких напрочуд мало. Чільну роль серед них відіграє циклічний аденозинмонофосфат (цАМФ), відкритий в 1958 р Е.Сазерлендом і Т.Роллом.

Це з'єднання утворюється з знаменитої АТФ - аденозинтрифосфорної кислоти, яку часто називають «енергетичної розмінною монетою» клітини. Як відомо, АТФ складається з азотистого підстави аденіну, пятиуглеродного циклічного цукру і трьох залишків фосфорної кислоти (рис. 1). Хімічні зв'язки між фосфорними залишками багаті енергією. Практично всі внутрішньоклітинні процеси, починаючи від синтезу білків і кінчаючи м'язовим скороченням, отримують енергію за рахунок відщеплення однієї або двох фосфатних груп АТФ.

Рис. 1. Синтез і розщеплення цАМФ

Циклічний аденозинмонофосфат утворюється за допомогою ферменту аденілатциклази, який відщеплює від АТФ два залишки фосфорної кислоти, а останній, третій, залишок замикає через два атоми кисню на цукор рибозу, що входить до складу аденозину (рис. 1). Це дивовижне речовина відіграє роль універсального вторинного месенджера в клітинах практично всіх організмів, як еукаріотичних, так і прокариотических (рис. 2).

Рис. 2. Головні механізми утворення внутрішньоклітинних месенджерів

Як приклад розглянемо, як цАМФ впливає на утворення глікогену, який є формою зберігання глюкози в тваринних клітинах.

У момент небезпеки з надниркових залоз в кров викидається велика кількість адреналіну. Рухаючись по кровоносній системі, цей гормон досягає м'язових клітин, що мають рецептори адреналіну. Зв'язування адреналіну призводить до зміни просторової структури рецептора, що, в свою чергу, активує фермент аденілатциклазу, розташовану на внутрішній поверхні клітинної мембрани. Аденилатциклаза починає перетворювати АТФ в цАМФ, і внутрішньоклітинна концентрація останнього швидко зростає. При досягненні певного рівня цАМФ активує фермент протеинкиназу, який приєднує залишки фосфорної кислоти (фосфорилирует) до амінокислот серину і треоніну в ферменті глікогенсинтетази. Як випливає з назви, цей фермент займається в клітинах синтезом глікогену. Фосфорилювання змінює просторову структуру ферменту, в результаті чого він інактивується й нові порції глікогену вже не утворюються. Протеинкиназа, активована цАМФ, фосфорилирует також ще один фермент - кіназу фосфорилази. Киназа, в свою чергу, фосфорилирует глікогенфосфорілазу, яка в результаті починає отщеплять від глікогену молекули глюкози (рис. 3). Розгромна ж у м'язах глюкоза грає роль палива, на якому вони успішно працюють.

Рис. 3. Схема стимулювання розпаду глікогену підвищенням рівня цАМФ

Цитоскелет сигналізує

Регульована цАМФ каскадна схема взаємодій ферментів здається непростий, а насправді влаштована ще більш складно. Зокрема, зв'язалися з первинними мессенджерами рецептори впливають на активність аденілатциклази безпосередньо, а через так звані G-білки (рис. 4), що працюють під контролем гуанінтріфосфорной кислоти (ГТФ).

А що відбувається, коли чомусь порушується нормальна зв'язок подій? Прикладом може бути захворювання холерою. Токсин холерного вібріона впливає на рівень ГТФ і впливає на активність G-білків. У результаті рівень цАМФ в клітинах кишечника хворих на холеру виявляється постійно високим, що викликає перехід великих кількостей іонів натрію і води з клітин у просвіт кишечника. Наслідок цього - виснажливі проноси і втрата води організмом.

У нормі під впливом ферменту фосфодіестерази цАМФ в клітці швидко інактивується, перетворюючись на нециклический аденозинмонофосфат АМФ. Протягом іншого захворювання - кашлюку, що викликається бактеріями Bordetella pertussis, супроводжується утворенням токсину, який гальмує перетворення цАМФ в АМФ. Звідси виникають і неприємні симптоми хвороби - почервоніння горла і доходить до блювоти кашель.

На активність фосфодіестерази, що перетворює цАМФ в АМФ, впливають, наприклад, кофеїн і теофілін, що обумовлює стимулюючу дію кави та чаю.

Різноманіття ефектів цАМФ і способів регуляції його концентрації в клітинах робить його універсальним вторинним месенджером, граючим ключову роль в активації різних протеинкиназ.

У різних клітинах цАМФ може призводити до зовсім різних ефектів. Це з'єднання не тільки бере участь у розпаді глікогену і жирів, але також збільшує частоту серцевих скорочень, впливає на розслаблення мускулатури, контролює інтенсивність секреції і швидкість поглинання рідин. Воно є вторинним месенджером для цілого спектру різних гормонів: адреналіну, вазопресину, глюкагону, серотоніну, простогландина, тіроідіт-стимулюючого гормону; цАМФ працює в клітинах скелетної мускулатури, серцевого м'яза, в гладких м'язах, нирках, печінці, в тромбоцитах.

Резонно виникає питання: чому ж різні клітини реагують на цАМФ по різному? Можна сформулювати його й інакше: чому при підвищенні концентрації цАМФ в різних клітинах активуються різні протеїнкінази, які фосфорилируют різні білки? Цю ситуацію можна проілюструвати за допомогою такої аналогії. Уявіть собі, що до дверей офісу постійно підходять різні візитери - ліганди і первинні месенджери. При цьому вони дзвонять в один-єдиний дзвінок: лунає сигнал - вторинний месенджер. Як при цьому службовцям закладу визначити, хто саме завітав з візитом і як треба реагувати на даного відвідувача?

Загадка іонів кальцію

Розглянемо спочатку, що відбувається з другим надзвичайно поширеним вторинним месенджером - кальцієм, вірніше його іонами. Вперше їх ключова роль у ряді біологічних реакцій була показана ще в 1883 р коли Сідней Рінгер зауважив, що ізольовані м'язи жаби не скорочуються в дистильованої води. Щоб у відповідь на електричну стимуляцію м'яз скоротилася, їй необхідна присутність в навколишньому її середовищі іонів кальцію.

Рис. 5. Схема будови скелетного м'яза (саркомера)

Рис. 6. Система мембран, що передає сигнал від плазмалемми м'язової клітини до всіх миофибриллам

Тепер послідовність основних подій, що відбуваються при скороченні скелетної мускулатури, добре відома (рис. 5). У відповідь на електричний імпульс, який доходить до м'яза по аксону нервової клітини, всередині м'язової клітини - міофібрили - відкриваються резервуари іонів кальцію - мембранні цистерни, в яких концентрація іонів кальцію може бути вище, ніж в цитоплазмі, в тисячу і більше разів (рис. 6). Вивільнилися кальцій з'єднується з білком тропоніном С, який пов'язаний з вистилають внутрішню поверхню клітини актиновими филаментами. Тропонин (рис. 7) грає роль блокатора, що перешкоджає ковзанню миозинових ниток по Актинові филаментам. В результаті приєднання кальцію до тропоніну блок від'єднується від нитки, міозин ковзає по актину, і м'яз скорочується (рис. 8). Як тільки акт скорочення закінчується, спеціальні білки - кальцієві АТФази - закачують іони кальцію назад у внутрішньоклітинні резервуари.

Рис. 7. Схема розташування на актиновом филаменте тропонина і тропомиозина

Рис. 8. актинового филамент в поперечному розрізі

На концентрацію внутрішньоклітинного кальцію впливають не тільки нервові імпульси, а й інші сигнали. Наприклад, це може бути вже знайомий нам цАМФ. У відповідь на появу адреналіну в крові і відповідне підвищення концентрації цАМФ в клітинах серцевого м'яза в них вивільняються іони кальцію, що призводить до почастішання серцебиття.

Речовини, що роблять вплив на кальцій, можуть міститися також безпосередньо в клітинній мембрані. Як відомо, мембрана складається з фосфоліпідів, серед яких один - фосфоінозітол-4, 5-дифосфат - відіграє особливу роль. Крім інозиту молекула фосфоінозітол-4, 5-дифосфата містить дві довгі вуглеводневі ланцюги, що складаються з 20 і 17 атомів вуглецю (рис. 9). Під впливом певних позаклітинних сигналів і під контролем вже знайомих читачам G-білків вони від'єднуються, в результаті чого утворюються дві молекули - діацілгліцерін і інозітолтріфосфат. Останній бере участь у вивільненні внутрішньоклітинного кальцію (рис. 10). Такого роду сигналізація використовується, наприклад, в заплідненої ікри шпорцевой жаби.

Проникнення першого ж з безлічі сперміїв в готову для запліднення ікринку викликає утворення в її мембрані інозітолтріфосфатом. В результаті іони кальцію вивільняються з внутрішніх резервуарів і оболонка заплідненої яйцеклітини миттєво розбухає, відсікаючи шлях всередину яйцеклітини менш щасливим або менш найспритнішим сперматозоїдам.

Рис. 11. Структура молекули кальмодулина

Як же таке проста речовина, як іон кальцію, може регулювати активність білків? З'ясувалося, що він зв'язується всередині клітини зі спеціальним білком кальмодуліном (рис. 11). Цей досить великий білок, що складається з 148 амінокислотних залишків, як і цАМФ, виявлений практично у всіх вивчених клітинах.

Рис. 12. Механізм активації Ca2 + -залежного ферментау

Приєднується до кальмодуліном кальцій активує його аналогічно тому, як цАМФ стимулює роботу протеинкиназ. Саме так, наприклад, відбувається ініціація скорочення гладкої мускулатури. Вивільнені у відповідь на зовнішній сигнал іони кальцію зв'язуються з кальмодуліном, який після цього взаємодіє з ферментом кіназою і активує її (рис. 12). Комплекс киназа-кальмодулін зв'язується з актином, приводячи його в робочий стан. В результаті гладкі м'язи скорочуються. Опосередкований кальцієм шлях сигналу до поперечно-смугастої скелетної мускулатури більш тривалий, зате гладкі м'язи на відміну від поперечно-смугастих можуть значно довше перебувати в скороченому стані. Саме тому мускули-замикачі двостулкових раковин можуть годинами стискати свої стулки.

У клітинах різних тканин активоване кальцієм кальмодулін зв'язується з різними білками-мішенями, впливаючи на їх роботу. Така поведінка кальмодулина викликає питання, яке виникало і при обговоренні впливу цАМФ і активируемой їм протеїнкінази на активність білків, а саме: чому в різних клітинах одні й ті ж активовані кальцієм молекули кальмодулина приєднуються до різних білків?

Загадка стероїдних гормонів

Абсолютно аналогічна проблема виникає і при вивченні гідрофобних стероїдних гормонів, структура яких схожа на структуру жиророзчинного речовини холестерину. Термін «гідрофобний» вказує на їх погану розчинність у воді (від гр. Hydor - вода і phobos - страх). Такі гормони, будучи жиророзчинними, легко проходять через складаються з фосфоліпідів клітинні мембрани. Опинившись всередині клітини, стероїдні гормони зв'язуються з відповідними рецепторами. Рецептори змінюють свою просторову форму (конформацію) і, проникаючи в ядро ??через його ядерну мембрану, з'єднуються з певними послідовностями нуклеотидів в ДНК, тим самим «включаючи» або «вимикаючи» транскрипцію певних генів. Така послідовність подій доведена для стероїдного гормону кортизону - його комплекс з рецептором зв'язується з відповідним єдиним геном, який вдалося виділити і клонувати. Яка ланцюг перетворень викликається дією інших гормонів і як відбувається їх специфічна «посадка» на певну ділянку ДНК, в чому поки не ясно.

Не ясно й інше. Показано, що один і той же гормон, зв'язуючись зі своїм специфічним рецептором, викликає різні відповіді в різних клітинах.

Забуте простір

Число різноманітних сигналів, які клітина може отримувати ззовні, дуже велике. Це слабкі електричні імпульси, гормони, медіатори, різні ростові фактори та інші впливи. Кількість же вторинних месенджерів, за допомогою яких все це безліч зовнішніх сигналів впливає на внутрішньоклітинні процеси, напрочуд мало. Це цАМФ, іони кальцію, спеціальні молекули типу високофосфорілірованних нуклеотидів (РРАРР - фосфат-фосфат-аденін-фосфат-фосфат) або інозітолтріфосфат.

Як же за допомогою цих вторинних посередників клітина примудряється зрозуміти, які саме сигнали їх викликали і яким чином необхідно на них реагувати? На це питання важко відповісти насамперед тому, що всі клітинні компоненти (молекули і ансамблі молекул) строго певним чином скомпоновані в просторі клітини.

Вивчаючи окремо деталі складного годинникового механізму, який влаштований незрівнянно простіше клітини, нелегко зрозуміти, як всі ці шестерінки, маховички і пружини впливають один на одного в працюючому хронометрі. Тим часом саме таке завдання доводиться вирішувати дослідникам клітини. Щоб зрозуміти істота окремих явищ або процесів, потрібно зруйнувати клітину, виділити з неї білки, вивчити їх властивості і тільки потім спробувати встановити їх роль в тому чи іншому процесі. При цьому допускаються спрощення. Так, звичайно приймається, що водорозчинні білки вільно дифундують в цитоплазмі зразок крупинок в супі і ніяк не пов'язані між собою. Тим часом сам пристрій деяких клітинних органел припускає, що комплекси взаємодіючих ферментів повинні утворювати спеціально сконструйовані архітектурні ансамблі. Наприклад, безліч білків, що каталізують окислювальні реакції в дихальної ланцюга, розташовуються на внутрішніх мембранах мітохондрій в строго визначеному порядку. Саме така просторова організація дозволяє їм з успіхом здійснювати передачу багатих енергією електронів.

Але клітина містить безліч білків, зв'язки яких один з одним більш лабільні і мінливі в часі. Мабуть, для регуляції їх просторового взаємодії потрібно не міцне «заякоріванню», а більш тонкий і гнучкий механізм. Зокрема, забезпечувати таку просторову організацію можуть білки цитоскелету. Вони утворюють настільки ажурні і динамічні структури, що їх вивчення стало можливим лише відносно недавно.

Будівельні ліси цитоскелета

Перші свідчення складності внутрішньої архітектури цитоплазми були отримані ще в XIX ст., Коли в результаті сріблення зрізів тканин в клітинах стали розрізняти виразно проступають сетеподобние структури. Однак до вивчення їх складу і пристрої вдалося приступити лише в 60-і рр. XX ст., Коли в біології стали широко застосовуватися такі тонкі методи досліджень, як електронна мікроскопія, ультрацентрифугирование і електрофорез.

У цитоплазмі були виявлені складні структури, що утворюють цітосклет. З'ясувалося, що тяжі цитоскелета побудовані в основному з тонких (діаметром 7 нм) актінових филаментов і довгих, товстих (діаметром 25 нм) і жорстких мікротрубочок, що складаються з ?- і ?-тубуліну. Ці білки виявилися дуже лабільними, здатними формувати легко змінюються динамічні просторові структури. Зокрема, глобулярні білки актину не тільки легко і швидко полімеризуються в довгі витягнуті нитки - філаменти (рис. 13). Вони взаємодіють з цілим набором інших допоміжних білків, в результаті чого виникає певним чином організована просторова мережа філаментів.

Рис. 13. Організація глобулярних молекул актину в актиновом филаменте

Рис. 14. Створення мережі за допомогою молекул філаміна

Допоміжні білки філамін і ?-актінін виконують функції своєрідних дужок, сшивающих філаменти актину в структуру, що нагадує рибальську мережу (рис. 14). Білок фібрин пов'язує актинові філаменти в товстий пучок на зразок віника або снопа. Тропомиозин стабілізує вже сформовані тяжі актину (рис. 7). Гельзолін діє немов секатор, розрізаючи довгі філаменти на окремі шматочки. Профілін, як нянька, супроводжує актинові глобули до місць їх приєднання до утворився раніше фрагментами ниток, Віліни служить ініціатором полімеризації актину в розчині, а тимозин, навпаки, не дозволяє глобулярної актину з'єднаються в нитки. Нарешті, міозин здатний активно підтягувати філаменти назустріч один одному (рис. 5). Таким чином актинові філаменти можна уподібнити арматурі будівельних лісів, які можна різати, надставляють і з'єднувати під будь-якими кутами і в будь-яких положеннях. Їх можна також з'єднувати разом, створюючи тягнуче напруга всієї конструкції.

Тубулін виявився білком не менше чудовим, ніж актин. Освічені їм мікротрубочки здатні розбиратися з одного кінця і збиратися з іншого. Білок нексін допомагає їм об'єднуватися в складні ансамблі, а білок дінеін може ковзати по тубулінових микротрубочкам, як дрезина по рейках. Оскільки дінеін в той же час здатний жорстко прикріплятися до микротрубочкам іншій своїй стороною, це забезпечує взаємне ковзання трубочок один щодо одного.

У деяких випадках філаменти і мікротрубочки утворюють чіткий шаблон для побудови певних органоїдів. Так відбувається, наприклад, в розвивається сперматозоїді: актинові філаменти формують спиралевидную конструкцію, структуру якої потім, після її розпаду, в точності повторюють виникли на цьому місці мітохондрії. Високоорганізовані літальні м'язи комах будуються в ембріогенезі по тубулінових шаблонах.

Крім актінових филаментов і тубулінових мікротрубочок до складу цитоскелета входять також проміжні філаменти (діаметром 7-11 нм), які досліджені значно гірше, але, як вважають, є не менш лабільними утвореннями.

Білки цитоскелета приймають діяльну участь в русі клітини, оскільки для його здійснення потрібно постійна зміна її форми. М'язове скорочення, амебоидное рух, перешнуровиванієм клітини під час розподілу, фагоцитоз засновані на взаємодії актину і міозину, а биття війок і джгутиків сперматозоїдів відбувається завдяки ковзанню мікротрубочок один щодо одного.

Білки цитоскелета незамінні там, де треба створити складну просторову і відносно стабільну форму. Наприклад, всередині мікроворсинок епітеліальних клітин кишечника і нирок проходять пучки Актинові філаментів. Принципово такі ж, але набагато більш потужні пучки знаходяться в стереоцілі волоскових клітин в равлику внутрішнього вуха. Схожа на двояковогнутого шайбу форма еритроцита підтримується завдяки взаємодії актину з білками спектрином і анкирином.

Подібні приклади можна було б множити, однак важливіше задатися питанням: чи тільки до фіксації форми клітини зводиться роль її цитоскелета? Може бути, він грає істотну роль в утворенні функціональних комплексів водорозчинних ферментів, а освічена цитоскелетом мережу служить для прийому і передачі інформації? Виходячи з фізико-хімічних властивостей білків цитоскелету, це, в принципі, можливо. Згадайте ловчих мережа павуків. Вона не тільки утворює хитрі пастки для комах. Натяг і тремтіння павутинок сигналізують їх конструктору про спійманої видобутку або непередбаченої поломки ажурної конструкції.

Павутина сигналізує

Вказівки на роль цитоскелету в передачі інформації в клітини почали накопичуватися з 1980-х рр. До цього часу вже було відомо явище так званого Кеппинга.

Повернемося до початку цієї статті. Коли сигнальні речовини - ліганди - взаємодіють зі своїми рецепторами, що утворилися комплекси збираються на поверхні клітини в компактну групу. Потім клітинна мембрана вигинається і комплекси лігандів з рецепторами втягуються всередину клітини (інтерналізуються), де відбувається їх утилізація. У цьому процесі бере участь актин, філаменти якого зв'язуються з внутрішньоклітинної частиною пронизливого мембрану рецептора. Чи відіграє при цьому актин роль тільки лише стягивающей сіточки, необхідної для утворення на мембрані западини, або ж його роль в цьому процесі більш складна, залишається поки не з'ясованим.

Актинові філаменти здатні прикріплюватися не тільки до рецепторів, але й до клітинної мембрани в районі так званих фокальних контактів, що утворюються в місцях зіткнення клітини з субстратом. Чи є ці контакти лише місцями кріплення до субстрату або ж вони одночасно інформують клітку про оточуючих її молекулах, частинках?

Проведена вище аналогія пристрої цитоскелета з мережею павутини стає майже наочною, якщо врахувати, що мікротрубочки і проміжні філаменти тягнуться від ядра до периферії клітини. З досліджень культивованих поза організмом клітин добре відомо, що більшість з них при здійсненні активної роботи розпластуються на тій чи іншій підкладці (рис. 15). У цих умовах в клітинах формується складна тривимірна мережа філаментів.

Рис. 15. Схема розташування актінових филаментов в тонких пластинчастих відростках (ламеллоподія) клітин, що ростуть в культурі

Ці спостереження добре узгоджуються з даними про те, що мітохондрії і лізосоми пересуваються в клітці не випадковим чином, а вздовж микрофиламентов. Частина білоксинтезуючого апарату клітини теж пов'язана з цитоскелетом. Якщо зруйнувати мікротрубочки, то розташування таких важливих органоїдів як пухирчастих елементи апарату Гольджі, в яких проходять кінцеві стадії дозрівання готових для екскреції білків порушується, вони виявляються розміщеними в клітці випадковим чином, а не в певному порядку. Деякі водорозчинні ферменти, що у гліколізі, пов'язані з Актинові филаментами. Добре відомо, що в транспорті білків в нервових клітинах також беруть участь актинові філаменти.

Отже, для синтезу певних білків (а значить, і для виконання певних функцій), клітина повинна привести свій цитоскелет в робочий стан, який забезпечує необхідну просторову організацію клітинних реакцій і процесів. З цим висновком добре узгоджується той факт, що при різних стресових впливах клітина в першу чергу розбирає основні компоненти свого цитоскелета, а потім формує їх заново, відповідно до реакцією на отриманий сигнал. Така перебудова забезпечує перемикання з одного режиму роботи на інший.

Чи буде клітка по-різному формувати свій молекулярний скелет у відповідь на активацію різних поверхневих рецепторів? Досліди з фібробластами і епітеліальними клітинами, розпластується на склі, покритому різними білками, дають на це питання однозначну відповідь.

Якщо на скло нанести білок позаклітинного матриксу - фібронектин, то розпластався на ньому фібробласти приймають полігональну форму і в них активно формуються складаються з актину так звані стрессфібрілли. Інший нанесений на скло білок позаклітинного матриксу - ламінін - викликає активний рух фібробластів внаслідок утворення у них вузьких спіцеподобних мікрошипів і плоских тонких ламеллоподія (рис. 15). Стрессфібрілли в цій ситуації не утворюються зовсім. Нарешті, нанесені на скло антитіла до епідермального фактору росту (речовини, що стимулюють активне ділення клітин шкіри) викликають у розпластується клітинах епідермісу освіту півсфер з актину.

Хоча деталі цих процесів залишаються поки не ясними, очевидно, що клітини по-різному формують свій цитоскелет в залежності від тих чи інших сигналів, отриманих з навколишнього середовища.

Скептично налаштований читач може заперечити на це, що реорганізація цитоскелета не має прямого відношення до проведення внутрішньоклітинних сигналів, а скоріше є наслідком, реакцією клітини на ці сигнали. Однак таке твердження, в свою чергу вимагає доказів.

Цікаві, в цьому плані, результати були отримані при роботі з клітинами CHO (від англ. Chinese Hamster Ovary cells), виділеними з китайських хом'ячків. За певних умов вони ставали раковими. Повернути їх в нормальний стан допомагало додавання бутирата цАМФ - форми цАМФ, яка легко проникає всередину клітин. Якщо ж попередньо ракові клітини CHO оброблялися руйнуючим цитоскелет цитохалазином, то нормалізації не відбувалося. З цих експериментів випливає, що для успішного використання цАМФ як вторинної месенджера клітина повинна мати працездатний цитоскелет.

Дуже важливі дані дослідників, які працювали з протоонкогенів Ras, Rho і Cdc42 (тобто з генами, пошкодження яких майже неминуче перетворює нормальну клітку в ракову). Ген Ras активується (тобто починається синтез закодованого в ньому білка) уже згадуваним епідермальним фактором росту, Rho - потужним стимулятором клітинного поділу лізофосфатіділовой кислотою, а Cdc42 - пептидним гормоном брадикініном. В експериментах було показано, що дія гена Ras пов'язано з освітою в клітинах мережі микрофиламентов і ламелл, схожих на амебні псевдоподии. Ген Rho відповідальний за формування стрессфібрілл, а Cdc42 викликає утворення філлоподій.

Отримані результати стають зовсім вже інтригуючими в світлі останніх відкриттів, пов'язаних з вивченням особливих трансмембранних білків интегринов. Як правило, ці клітинні рецептори складаються з двох ланцюгів - альфа і бета, причому існує 15 варіантів першої та 98 варіантів другого. Збираючись в різних комбінаціях, вони утворюють як мінімум 20 різних типів интегринов, деякі з яких здатні зв'язуватися з білками позаклітинного матриксу, наприклад, ламініном і фібронектином. При цьому відбувається активація вже знайомих нам протоонкогенов Ras і Cdc42!

Яким же чином отриманий інтегринами сигнал надходить в ядро? Самі інтегрини не володіють фосфатазной активністю, тобто не здатні активувати білки за допомогою приєднання до них фосфатних груп. Зате стирчить всередину клітини частина молекули интегрина оточує цілий комплекс білків, таких, наприклад, як таллин, вінкулін, паксіллін, а також фермент FAC-кіназа, пов'язаний з фокальними контактами - своєрідними «пуантами», на яких клітина пересувається по субстрату. Від цього білкового ансамблю всередину клітини відходять Актинові нитки, які спільно з микротрубочками і проміжними филаментами можуть доходити від мембранної периферії клітини до її ядра. Вважають, що так передається сигнал в ядро ??клітини.

Це припущення підтверджується даними експериментів, проведених з штучно вирощуваними мишачими фібробластами, трансформованими онкогеном Ras. У цих дослідах було показано, що у відповідь на зовнішній сигнал - епідермальний фактор росту - клітина синтезує білок - фактор транскрипції NFkb, який бере участь в самій першій стадії синтезу білка - зчитуванні (транскрипції) РНК з ДНК, що знаходиться в ядрі. Фактор транскрипції знаходиться в цитоплазмі і пов'язаний безпосередньо з елементами цитоскелета, а саме зі стрессфібрілламі і фокальними контактами. Це означає, що з'єднання, що грає істотну роль в регуляції роботи ядерних генів, буквально вплетено в цитоскелетних мережу!

Повертаючись до загадок вторинних месенджерів, можна припустити, що цитоскелет бере активну участь у проведенні внутрішньоклітинних сигналів, за рахунок утворення просторових комплексів між рецепторами, відповідними протєїнкиназамі і активуються ними білками. Аналогічну роль цитоскелет може грати і в ситуації з кальмодуліном, оскільки певна його кількість в клітці пов'язано з пучками актінових филаментов і проміжних філаментів. Функції цитоскелету в активації ядерних генів менш зрозумілі, але вказівки на таку можливість вже отримані.

Хто в клітці король?

На цьому можна було б і закінчити розповідь про можливу роль цитоскелету у внутрішньоклітинної сигналізації, якби не ще одне цікаве міркування. Справа в тому, що в ядрі клітини міститься інформація про первинну структуру всіх білків, включаючи білки цитоскелета, але немає абсолютно ніяких вказівок на їх взаємне розташування. Якщо утворені білками просторові структури надзвичайно стабільні, можна говорити про самосборке, яка дійсно відбувається, наприклад, у разі утворення білкових оболонок вірусів або при формуванні прямо в пробірці тубулінових мікротрубочок. Однак коли справа стосується таких лабільних і здатних до складних перебудов структур, як цитоскелет, тільки до самосборке їх утворення не звести. Що ж визначає ту чи іншу конфігурацію цитоскелета?

Явно не ядро ??- як не визначає стан суспільства накопичена в бібліотеках інформація. Її можна почерпнути звідти, але що і коли буде затребуване визначається самим суспільством. Ймовірно, так само діє і клітка, досить автономно від ядра формуючи свою просторову структуру.

Відомо, що мініатюрні без'ядерні фрагменти фібробластів живуть годинами, активно повзаючи і набуваючи різні форми. Живуть тижнями в кров'яному руслі тромбоцити також позбавлені ядра, що не заважає їм брати активну участь у такому важливому процесі, як згортання крові при травмах судин. Просторова структура клітини може самовідтворюватися і навіть впливати на її зовнішні реакції. Інтегріни, наприклад, володіють унікальною для трансмембранних (тобто пронизують мембрану наскрізь) рецепторів здатністю реагувати на внутрішні клітинні сигнали, змінюючи при цьому своє спорідненість до тих або інших зовнішніх лигандам. Відомо також, що саме цитоскелет визначає орієнтацію білків позаклітинного матриксу і тим самим впливає на сусідні клітини.

Таким чином, відповідь на питання про те, що ж є життя, багато в чому залежить від розуміння того, яким чином тривало існують в часі і самовідтворюються складні просторові ансамблі макромолекул, прекрасним прикладом яких є цитоскелет

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://bio.1september.ru

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка