Κεφάλαιο 17

Question 1

Τι είναι ο κυτταρικός σκελετός και ποια η λειτουργία του;

Answer 1

Είναι ένα περίπλοκο δίκτυο ινιδίων που εκτείνεται σε όλο το κυτταρόπλασμα των ευκαρυωτικών κυττάρων.

1) Οργανώνει τα συστατικά του εσωτερικού τους
2) Τους επιτρέπει να προσλαμβάνουν ποικίλα σχήματα και να εκτελούν συγχρονισμένες κινήσεις

Question 2

Από ποια είδη ινιδίων αποτελείται ο κυτταροσκελετός και ποιες πρωτεΐνες σχηματίζουν τον κάθε τύπο ινιδίων;

Answer 2

1) Ενδιάμεσα ινίδια (οικογένεια ινώδων πρωτεϊνών)
2) Μικροσωληνίσκοι (τουμπουλίνη)
3) Ινίδια ακτίνης (ακτίνη)

Question 3

Ποιο είναι το κύριο χαρακτηριστικό των ενδιάμεσων ινιδίων και ποιος ο ρόλος τους;

Answer 3

Έχουν μεγάλη ελαστική δύναμη και ο ρόλος τους συνίσταται στην εξασφάλιση της αντοχής των κυττάρων υπό μεγάλη μηχανική πίεση. Είναι τα σκληρότερα και ανθεκτικότερα από τους τρεις τύπους ινιδίων. Η διάμετρός τους είναι 8-11nm.

Question 4

Ποια η δομή των ενδιάμεσων ινιδίων;

Answer 4

Μοιάζουν με καλώδια με πολλούς περιελιγμένους κλώνους που παρέχουν ελαστική δύναμη. Οι κλώνοι αυτοί του καλωδίου απαρτίζονται από πρωτεΐνες που αποτελούνται από μία κεντρική ραβδόμορφη περιοχή και σφαιρικές, μη δομημένες περιοχές σε κάθε άκρο.
Η ραβδόμορφη περιοχή αποτελείται από μία εκτεταμένη α έλικα που επιτρέπει σε ζεύγη πρωτεϊνών των ενδιάμεσων ινιδίων να σχηματίζουν σταθερά διμερή επειδή τυλίγονται το ένα γύρω από το άλλο σε μία διαμόρφωση σπειρωειδούς σπειράματος

Question 5

Έχουν τα ενδιάμεσα ινίδια πολικότητα;

Answer 5

Όχι, λόγω της αντιπαράλληλης δομής των διμερών τους

Question 6

Για ποιο λόγο ευνοείται ο σχηματισμός του σπειροειδούς σπειράματος;

Answer 6

Οι α έλικες περιελίσσονται μεταξύ τους για να ελεχιστοποιήσουν την έκθεση των υδρόφοβων ομάδων τους

Question 7

Σε ποιες κατηγορίες κατατάσσονται τα ενδιάμεσα ινίδια και πού εντοπίζεται η κάθε μία;

Answer 7

1)Ινίδια κερατίνης (επιθηλιακά κύτταρα)
2)Ινίδια βιμεντίνης (συνδετικός ιστός, μυϊκά κύτταρα)
3)Νευροϊνίδια (νευρικά κύτταρα)
4)Πυρινικές λαμίνες (όλα τα κύτταρα, συνιστούν τον πυρηνικό υμένα (lamina))
Οι τρεις πρώτες κατηγορίες ινιδίων εντοπίζονται στο κυτταρόπλασμα, ενώ η τέταρτη στον πυρήνα

Question 8

Με ποια ασθένεια έχει συνδεθεί η μεταλλαγμένη κερατίνη;

Answer 8

Φυσαλιώδης επιδερμόλυση

Question 9

Ποιες δομές μπορούν να σχηματίσουν τα ενδιάμεσα ινίδια;

Answer 9

1) Διασυνδέονται με γειτονικά επιθηλιακά κύτταρα μέσω κυτταρικών συνδέσμων σε δομές που ονομάζονται δεσμοσωμάτια
2) Στο κυτταρόπλασμα, περιβάλλουν τον πυρήνα και εκτείνονται μέχρι την κυτταρική μεμβράνη, όπου αγκυροβολούν στα σημεία που αυτή εφάπτεται με την κυτταρική μεμβράνη ενός άλλου κυττάρου

Question 10

Πώς συνδέονται τα ενδιάμεσα ινίδια μεταξύ τους αλλά και με άλλους τύπους ινιδίων;

Answer 10

Με επικουρικές πρωτεΐνες, όπως η πλεκτίνη

Question 11

Από πού αναπτύσσονται οι μικροσωληνίσκοι σε ένα τυπικό ζωικό κύτταρο;

Answer 11

Από μία μικρή δομή που βρίσκεται κοντά στο κέντρο του κυττάρου και καλείται κεντροσωμάτιο

Question 12

Με ποιον τρόπο σχηματίζονται οι μικροσωληνίσκοι;

Answer 12

Οι μικροσωληνίσκοι αποτελούνται από υπομονάδες τουμπουλίνης. Κάθε υπομονάδα είναι ένα διμερές που αποτελείται από δύο παρόμοιες σφαιρικές πρωτεΐνες που καλούνται α και β τουμπουλίνη και συνδέονται ισχυρά μεταξύ τους με μη ομοιπολικούς δεμούς. Οι υπομονάδες τουμπουλίνης επιστοιβάζονται μεταξύ τους και σχηματίζουν το τοίχωμα του κυλινδρικού κοίλου μικροσωληνίσκου. Τελικά η κατασκευή έχει μορφή κυλίνδρου που αποτελείται από 13 πρωτοϊνίδια, δηλαδή γραμμικές αλυσίδες τουμπουλίνης σε όλο το μήκος των οποίων εναλλάσοσονται υπομονάδες α και β τουμπουλίνης

Question 13

Έχουν τα πρωτοϊνιδια δομική πολικότητα; Ποια η σημασία της;

Answer 13

Κάθε πρωτοϊνίδιο έχει μια δομική πολικότητα: Η α τουμπουλίνη εκτίθεται στο ένα άκρο (-) και η β στο άλλο(+).
Η πολικότητα είναι σημαντική τόσο για την συναρμολόγηση των μικροσωληνίσκων, όσο και για την λειτουργία τους

Question 14

Από πού πηγάζει η δυναμική αστάθεια που είναι χαρακτηριστικό των μικροσωληνίσκων;

Answer 14

Από την εγγενή ικανότητα των μορίων τουμπουλίνης να υδρολύουν GTP. Κάθε ελεύθερο διμερές τουμπουλίνης περιέχει ένα ισχυρά συνδεδεμένο μόριο GTP που υδρολύεται σε GDP. Η κάλυψη του άκρου του μικροσωληνίσκου με διμερή τουμπουλίνης συνδεδεμένα με GTP σταθεροποιούν τον μικροσωληνίσκο, επιτρέποντας την περεταίρω ανάπτυξή του. Αντίθετα, η υδρόλυση του GTP προάγει την αποσταθεροποίηση του μικροσωληνίσκου.

Question 15

Προς τα ποια κατεύθυνση αναπτύσσεται ένας μικροσωληνίσκος και που βοηθά η δυναμική του αστάθεια;

Answer 15

Προς το + άκρο. Το κεντροσωμάτιο εκτοξεύει συνεχώς νέους μικροσωληνίσκους προς διάφορες κατευθύνσεις και μετά τους αποσύρει, εξερευνώντας τον χώρο γύρω του (σαν πετονιές)

Question 16

Με ποιον τρόπο καταστέλλεται η αστάθεια των μικροσωληνίσκων;

Answer 16

Από πρωτεΐνες που προσδένονται στα άκρα τους

Question 17

Πού οφείλεται η σπασμωδική κίνηση οργανιδίων και κυστιδίων;

Answer 17

Στην δράση κινητήριων πρωτεϊνών. Αυτές προσδένουν στα νημάτια ακτίνης ή τους μικροσωληνίσκους και χρησιμοποιούν την ενέργεια από την υδρόλυση του ATP για να μετακινούνται σταθερά κατά μήκος των εν λόγω ινιδίων μόνο προς μία κατεύθυνση.

Question 18

Σε ποιες κατηγορίες χωρίζονται οι κινητήριες πρωτεΐνες που κινούνται κατά μήκος των μικροσωληνίσκων και προς τα πού κινείται η κάθε μία;

Answer 18

1) Κινησίνες που κινούνται προς το συν άκρο

2) Δυνεΐνες που κινούνται προς το πλην άκρο

Question 19

Ποια η δομή της κινησίνης και της δυνεΐνης;

Answer 19

Είναι διμερή τα οποία περιέχουν δύο σφαιρικές κεφαλές που προσδένουν ATP και μία ουρά. Οι κεφαλές συνδέουν την πρωτεΐνη με τον μικροσωληνίσκο μόνο όταν είναι στραμμένη προς την σωστή κατεύθυνση. Η ουρά την κινητήριας πρωτεΐνης συνδέεται σταθερά με μερικά συστατικά του κυττάρου, καθορίζοντας έτσι τον τύπο του φορτίου που πρόκειται να μεταφέρει. Οι σφαιρικές κεφαλές της κινησίνης και της δυνεΐνης είναι ένζυμο που υδρολύουν ΑTP

Question 20

Ποιοι οι ρόλοι των μικροσωληνίσκων και σε ποιες ιδιότητές τους βασίζονται;

Answer 20

1)Μετακίνηση κυστιδίων
2)Οργάνωση θέσης οργανιδίων στο κυτταρόπλασμα
3)Μετακίνηση χρωμοσωμάτων κατά τη μίτωση (άτρακτος)
4)Μετακίνηση κυττάρου (κροσσοί- μαστίγια)
Βασίζονται στην δυναμική αστάθεια των μικροσωληνίσκων (πολυμερισμός - αποπολυμερισμός), καθώς και στην ικανότητά τους να συνδέονται με κινητήριες πρωτεΐνες

Question 21

Τι είναι οι κροσσοί;

Answer 21

Είναι τριχοειδείς κυτταρικές προεκβολές (0,25 μm). Έχουν ένα πυρήνα σταθερών μικροσωληνίσκων που ξεκινά από το βασικό σωμάτιο (κέντρο οργάνωσης μικροσωληνίσκων στο κυτταρόπλασμα)

Question 22

Ποιος ο ρόλος των κροσσών;

Answer 22

Μετακινούν υγρό πάνω στην επιφάνεια των κυττάρων ή προωθούν κύτταρα διαμέσου ενός ρευστού. Η κίνηση αυτή γίνεται με χτύπο

Question 23

Ποια η δομή και ο ρόλος των μαστιγίων;

Answer 23

Είναι παρόμοια με τους κροσσούς, αλλά πιο επιμήκη. Μετακινούν συνήθως ολόκληρο το κύτταρο αντί να μετακινούν υγρό διαμέσου της κυτταρικής επιφάνειας

Question 24

Οι μικροσωληνίσκοι των μαστιγίων και των κροσσών είναι ίδιοι με αυτούς του κυτταροπλασματος; Ποια η δομή τους;

Answer 24

Όχι, διαφέρουν. Η εγκάρσια τομή ενός κροσσού αποκαλύπτει εννέα ζεύγη μικροσωληνίσκων που είναι διατετεγμένοι περιφερειακά γύρω από δύο μονούς κεντρικούς μικροσωληνίσκους (διάταξη 9+2)

Question 25

Πού οφείλεται η κίνηση ενός μαστιγίου ή ενός κροσσού;

Answer 25

Στην κάμψη του κέντρου οργάνωσης που προκαλείται από την ολίσθηση των μικροσωληνίσκων μεταξύ τους. Η κάμψη αυτή προκαλείται από την δράση επικουρικών πρωτεϊνών, η σημαντικότερη εκ των οποίων είναι η δυνεΐνη των κροσσών

Question 26

Τι είναι τα νημάτια ακτίνης, πού εντοπίζονται και ποιος ο ρόλος τους;

Answer 26

Είναι λεπτά, ευλύγιστα νημάτια (διαμέτρου 7nm) που βρίσκονται σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Γενικά, ο ρόλος τους συνίσταται σε κινήσεις που συμμετέχει η κυτταρική επιφάνεια. Αναλυτικά:

1) Στήριξη κυτταρικής μεμβράνης (φλοιός)
2) Κίνηση κυττάρου (ερπυσμός)
3) Συστολή (μυϊκή συστολή)
4) Στήριξη προεκβολών

Question 27

Πού στηρίζονται οι εξαρτώμενες από την ακτίνη κινήσεις;

Answer 27

Στην σύνδεση της ακτίνης με μία κινητήρια πρωτεΐνη, την μυοσίνη

Question 28

Έχουν να νημάτια ακτίνης πολικότητα;

Answer 28

Ναι, έχουν

Question 29

Με ποιον τρόπο αυξάνουν τα νημάτια ακτίνης;

Answer 29

Με προσθήκη μονομερών και στα δύο άκρα, μόνο που ο ρυθμός αύξησης είναι μεγαλύτερος στο συν απ’ ότι στο πλην άκρο

Question 30

Τι ρόλο έχει το ATP και η υδρόλυσή του στην ανάπτυξη των ινιδίων ακτίνης;

Answer 30

Όλα τα ελεύθερα μονομερή της ακτίνης περιέχουν ένα
ATP, που υδρολύεται, αμέσως μετά την ενσωμάτωση του
μονομερούς της ακτίνης στο νημάτιο, σε ADP. Η υδρόλυση του ATP μειώνει την ισχύ των δεσμών
μεταξύ των μονομερών,ελαττώνει την σταθερότητα του
πολυμερούς και το νημάτιο αποπολυμερίζεται. Γενικά, μονομερή ακτίνης προστίθενται στο + άκρο με ρυθμό γρηγορότερο από την υδρόλυση του ATP έχοντας ως αποτέλεσμα την αυξησή του. Η διαδικασία είναι αντίστροφη στο - άκρο, έχοντας ως αποτέλεσμα την μείωσή του. Αυτό ονομάζεται φαινόμενο του νερόμυλου

Question 31

Πού οφείλεται τόσο το φαινόμενο του νερόμυλου, όσο και η αστάθεια των μικροσωληνίσκων;

Answer 31

Στην υδρόλυση ενός συνδεδεμένου τριφωσφορικού νουκλεοτιδίου για την ρύθμιση του μήκους του πολυμερούς

Question 32

Τι είναι ο κυτταρικός φλοιός και ποια η λειτουργία του;

Answer 32

Είναι ένα πλέγμα ινιδίων ακτίνης και άλλων πρωτεϊνών που σχηματίζουν ένα δίκτυο το οποίο βρίσκεται κάτω από την κυτταρική μεμβράνη. Το δίκτυο αυτό στηρίζει την κυτταρική μεμβράνη και της προσδίδει μηχανική αντοχή

Question 33

Ποιες τρεις αλληλοσυνδεόμενες διεργασίες παίζουν ρόλο στον ερπυσμό των κυττάρων;

Answer 33

1) Το κύτταρο δημιουργεί προεκβολές στο μέτωπο ή οδηγό άκρο του
2) Οι προεκβολές προσκολλώνται στην επιφάνεια με την βοήθεια ιντεγκρινών
3) Το κύτταρο κινείται προς τα εμπρός με έλξη από τα σημεία προσκόλλησης

Question 34

Με ποιον τρόπο προωθείται η προσεκβολή της κυτταρικής επιφάνειας; (1ο βήμα)

Answer 34

Μέσω του πολυμερισμού της ακτίνης. Αυτό έχει την αποτέλεσμα την διαρκή έκταση διερευνητικών δομών (ελασματοπόδια και φιλοπόδια (ή νηματοπόδια)) που σχηματίζονται και αποσύρονται με μεγάλη ταχύτητα

Question 35

Πώς το κύτταρο προσκολλάται σε επιφάνειες; (2ο βήμα)

Answer 35

Όταν τα ελασματοπόδια και τα φιλοπόδια αγγίξουν μία ευνοϊκή επιφάνεια, κολλούν σε αυτή με την δράση διαμεμβρανικών πρωτεϊνών, των ιντεγκρινών.

Question 36

Πώς το κύτταρο παρασύρεται προς τα εμπρός; (3ο βήμα)

Answer 36

Με την βοήθεια κινητήρων πρωτεϊνών μυοσίνης

Question 37

Ποιες δύο κατηγορίες μυοσίνης υπάρχουν και πού εντοπίζεται η κάθε μία;

Answer 37

1) Μυοσίνη ΙΙ: Είναι η βασική μυοσίνη των μυών

2) )Μυοσίνη Ι: Βρίσκεται σε όλα τα είδη κυττάρων και έχει απλούστερο μηχανισμό δράσης

Question 38

Ποια η δομή της μυοσίνης Ι και ποιος ο ρόλος της;

Answer 38

Έχει μία κυτταρική κεφαλή που προσδένεται σ΄ ένα ινίδιο ακτίνης και μία ουρά που προσδένεται σε ένα άλλο μόριο ή οργανίδιο του κυττάρου.
Ο ρόλος της συνίσταται στην μετακίνηση οργανιδίων ή την μετακίνηση της κυτταρικής μεμβράνης σε σχέση με τα ινίδια ακτίνης

Question 39

Ποια η δομή της μυοσίνης ΙΙ;

Answer 39

Αποτελείται από διμερή με δύο σφαιρικές κεφαλές ΑΤΡάσης στο ένα άκρο και μία μοναδική ουρά σπειροειδούς σπειράματος στο άλλο. Σύμπλοκα μορίων μυοσίνης ΙΙ προσδένονται μεταξύ τους μέσω των σπειροειδών σπειραμάτων της ουράς τους και σχηματίζουν νημάτια μυοσίνης από τα οποία οι κεφαλές προεξέχουν στα πλάγια.

Question 40

Είναι το νημάτιο μυοσίνης πολικό;

Answer 40

Ναι, είναι. Συγκεκριμένα μοιάζει με βέλος με δύο αιχμές όπου οι δύο ομάδες των κεφαλών τους προσανατολίζονται προς αντίθετες κατευθύνσεις μακριά από το κέντρο

Question 41

Ποια η δομή ενός μυϊκού κυττάρου;

Answer 41

Αρχικά, μυϊκή ίνα = μυϊκό κύτταρο
Το κυτταρόπλασμα ενός μυϊκού κυττάρου αποτελείται κυρίως από μυϊκά ινίδια.
Ένα μυϊκό ινίδιο αποτελείται από μία αλυσίδα παρόμοιων λεπτών μονάδων συστολής που καλούνται σαρκομερίδια.
Κάθε σαρκομερίδιο αποτελείται από δύο είδη νηματίων:
1)Νημάτια ακτίνης που είναι τοποθετημένα στα άκρα του σαρκομεριδίου
2)Νημάτια μυοσίνης που είναι τοποθετημένα στο κέντρο του σαρκομεριδίου

Question 42

Πώς πραγματοποιείται η συστολή ενός μυϊκού κυττάρου;

Answer 42

Η συστολήλ ενός μυϊκού κυττάρου οφείλεται στην ταυτόχρονη βράχυνση όλων των σαρκομεριδίων, η οποία προκαλείται από την ολίσθηση των νηματίων ακτίνης πάνω στα νημάτια μυοσίνης, χωρίς μεταβολής του μήκους των δύο νηματίων. Η κίνηση της ολίσθησης δημιουργείται από τις κεφαλές μυοσίνης που προεξέχουν από τα πλάγια του νηματίου και αλληλεπιδρούν με γειτονικά νημάτια ακτίνης

Question 43

Περιγράψτε τον τρόπο που ένα μόριο μυοσίνης βαδίζει κατά μήκος ενός ινιδίου ακτίνης (Εικ. 17-43)

Answer 43

1) ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗ: Η μυοσίνη προσκολλάται στο νημάτιο ακτίνης
2) ΑΠΟΔΕΣΜΕΥΣΗ: Ένα μόριο ΑΤΡ προσδένεται στο πίσω μέρος της κεφαλής της μυοσίνης προκαλώντας την απελευθέρωσή της από το ινίδιο ακτίνης
3) ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ: Η υδρόλυση του ΑΤΡ και η απομάκρυνση του φωσφορικού παράγει μία ώθηση μετατοπίζει την μυοσίνη κατά μήκος του νηματίου της ακτίνης

Question 44

Με ποιον τρόπο η αύξηση ιόντων Ca2+ πυροδοτεί την μυϊκή συστολή;

Answer 44

Η αλληλεπίδραση ανάμεσα στα νημάτιο μυοσίνης και ακτίνης προκαλείται μόνο όταν ο σκελιτικός μυς δεχθεί κάποιο σήμα από κινητικό νεύρο. Το δυναμικό ενέργειας που πυροδοτείται από την απελευθέρωση των νευροδιαβιβαστών διαδίδεται μέσω από μια σειρά μεμβρανικών σωλήνων που καλούνται εγκάρσια σωληνάρια. Στη συνέχεια το ηλεκτρικό σήμα μεταφέρεται στο σαρκοπλασματικό δίκτυο (μεγάλη συγκέντρωση Ca2+). Την άφιξη του ηλεκτρικού σήματος ακολουθεί η απελευθέρωση Ca2+ στο κυτταρόπλασμα. Το Ca2+ αλληλεπιδρά με έναν μοριακό διακόπτη που αποτελείται από βοηθητικές πρωτεΐνες (τροπομυοσίνη, τροπονίνη) που συνδέονται ισχυρά με νημάτια της ακτίνης

Question 45

Τι είναι η τροπομυοσίνη και η τροπονίνη;

Answer 45

Τροπομυοσίνη: Είναι ένα άκαμπτο και ραβδόμοργο πρωτεϊνικό μόριο που προσδένεται στο αυλάκι της έλικα της ακτίνης επικαλύπτοντας επτά μονομερή ακτίνης και εμποδίζει τη σύνδεση των κεφαλών της μυοσίνης με τα νημάτια ακτίνης
2)Τροπομυοσίνη: Είναι ένα πρωτεϊνικό σύμπλοκο που περιλαμβάνει μία ευαίσθητη στο ασβέστιο πρωτεΐνη που διασυνδέεται με το άκρο ενός μορίου τροπομυοσίνης

Question 46

Με ποιον τρόπο η αύξηση της συγκέντρωσης του ασβεστίου στο κυτταροδιάλυμα προκαλεί της συστολή των μυών;

Answer 46

Το κατιόν ασβεστίου προσδένεται στην τροπονίνη και προκαλεί αλλαγή στο σχήμα της. Στη συνέχεια αυτό προκαλεί μια ελαφρά μετατόπιση των μορίων της τροπομυοσίνης επιτρέποντας στις κεφαλές της μυοσίνης να προσδεθούν στο νημάτιο της ακτίνης για να αρχίσει η μυϊκή συστολή