Cytoskelettet Flashcards
Cytoskelettet är inte en rigid struktur som namnet får en att tro utan är en mycket dynamisk stomme för cellen och har mycket att göra med cellrörelse och transport av organeller. Man kan tänka på cytoskelettet som vårat skelett+muskler. Vad består Cytoskelettet av?
Intermediära filament, Mikrotubuli och aktinfilament. Tre filamentsystem som består av polymerer av sammanfogade enheter som sätts ihop och tas isär allt efter cellens behov av förändring.
Vad bygger upp aktinfilament (aka mikrofilament) och vad är dess centrala funktion?
Monomerer av det globulära proteinet aktin polymeriserar i samma riktning för att forma aktinfilament med en plus-ände och en minus-ände. Filamenten återfinns som kedjor, tvådimensionella nätverk (actin bundles) och tredimentionella geler (actin networks). Viktigt för plasmamembranets organisation, tex mikrovilli i epitelcellerna samt binder ihop cytoskelettet med ECM. Aktinfilament finns i stor utsträckning i cortex - utrymmet precis under plasmamembranet.
Vad består mikrotubuli av och vad är dess centrala funktion?
Mikrotubuli består av det globulära proteinet tubulin som är dimers av α och β tubulin som arrangeras i ihåliga tuber av protofilament med 13 linjära dimers längd. α tubulin är riktat mot minusänden och β tubulin är riktat mot plus änden. γ-tubulin är koncentrerat i centrosomen (i djurceller) i ringar som mikrotubuli ut i cellen utgår från. Mikrotubuli är en dynamisk struktur som finns i hela cellen, ger struktur till cellen och bygger upp cilier och flageller, samt utgör ett nätverk som hjälper till med organisation och transportvägar för saker i cellen, som organeller och vesiklar. Agerar fästningspunkt för organeller. Även viktiga för separering av kromosomerna under mitosen.
Vad består Intermediära filament av och vad har de för funktion i celler?
Intemediära filament byggs upp av olika typer av proteiner i olika typer av vävnader, till skillnad från mikrotubuli och aktinfilament som består av monomerer av ett typ av protein. Tex keratin av olika typer i epitelceller, vimentin och desmin i muskelceller. Monomerer bygger upp trådliknande strukturer - associerar i dimer - tetramer - 8 tetramer - filament.
IF är den mest hållbara strukturen i cytoskelettet och bildar ett starkt nätverk som är viktiga för att göra celler och vävnader motståndskraftig mot mekaniskt tryck och upprätthålla dess form. Återfinns även i cellkärnan där de bygger upp kärn-laminan (depolymeriseras vid celldelning).
Aktin är en av de mest förekommande proteinerna i celler, vanligtvis 5-10% av eukaryota cellers proteinmängd. I vilka två huvudformer återfinns cellens aktin?
Som monomerer av globulärt aktin (G-aktin) med bindningsställen för head-to-tail interaktioner och i polymerer som ser ut som en helix som bygger upp fibröst aktin (F-aktin) med en plus-ände och en minus-ände.
Förklara hur aktin polymeriserar och depolymeriserar och hur detta utnyttjas i celler.
Under fysiologiska betingelser polymeriserar aktin, och det gör det både på plus och minus änden fast det går mycket snabbare i plus änden. Aktinmonomerer kan binda till ATP och ADP i cytosolen, vilket de gör även om ATP inte behövs för att göra polymerisering möjlig. ATP bundet aktin polymeriserar i plus-änden snabbare än ADP-aktin, så ATP-aktin polymeriserar plus-änden och efter att polymeriseringen skett följer hydrolys av ATP till ADP - och ADP bundna aktinmonomerer dissocierar från minus änden av filamentet. Denna process kallas “treadmilling”, alltså att ATP-aktin adderas i samma hastighet som ADP-aktin faller av. Själva filamentet behåller då sin längd, men varje enskild monomer förflyttas inom filamentet och det flyttas i en riktning.
I celler finns sedan aktinbindande proteiner som stabiliserar filamenten, stimuerar polymerisering/depolymerisering för att bilda specifika strukturer och hålla särskild form på filamenten mm.
De dynamiska egenskaperna hos aktinfilament är viktigt för bland annat medierar cellrörelse, genom motila strukturer som filopodier, lamellipodier mm samt viktiga i celldelning.
Vad är storleksordningen på de olika beståndsdelarna i cytoskelettet?
Aktinfilament är minst med en diameter på ca 7nm, intermediära filament är i mitten med en diameter på ca 10 nm och mikrotubuli är störst med en diameter på ca 25 nm.
Ge exempel på några aktinbindande proteiner och deras funktion.
De viktigaste aktinbindande proteinerna är formin och ARPs (Aktin relaterade proteiner). Formin initierar och stimulerar polymerisering av aktinmonomerer vilket speciellt är viktigt för att bilda långa starka kedjor. ARP2/3 binder till sidan av ett filament för att mediera avgreningar på filamentet, viktigt i cortex under plasmamembranet för att mediera cellrörelse.
Förklara kortfattat aktinfilamentens roll i cellrörelse.
Celler som rör sig “kryper” fram. De gör detta med hjälp av aktinfilament i aktin cortex under plansmamembranet som kan forma/skicka ut lamellipodium där aktinfilamentets plus-ändeväxer mot målet så cellen styrs dit. Utskotten fäster sedan i underlaget och motorproteiner i cellens bakände drar ihop aktinfilament längs med varandra och släppa underlag. Cellen kan sedan upprepa detta för att röra sig mot målet.
Vad är det som får cellen att röra på sig?
När cellen får en signal från omgivningen som binder till en receptor på utsida cell sätter detta igång en intracellulär signalkaskad som sätter igång de processer som behövs, tex polymerisering av aktin. Signaler som förändrar aktinets struktur tas vanligtvis emot av G-protein receptorer i Rho familjen. En hög koncentration av ATP lokalt ökar hastigheten av aktinpolymerisering och kan producera en stark kraft.
Är alla strukturer i cytoskelettet polära?
Nej. Både mikrotubuli och aktinfilament är arrangerade på ett sätt som gör dem starkt polära, men intermediära filament arrangeras i antiparallella tetramerer, vilket gör dem opolära (har ingen speciell riktning).
Intermediära filament är i allmänhet mer stabila än aktinfilament eller mikrotubuli och uppvisar inte de dynamiska beteende av ATP/GTP-kopplad polymerisering/depolymerisering som de andra strukturerna gör. Däremot kan de depolymeriseras av fosforylering, tex vid mitos.
Intermediära filament kan bestå av många olika typer av proteiner, men deras struktur är ändå samma. Förklara strukturen av intermediära filament i detalj.
Intermediära filament byggs upp av monomerer av peptidkedjor ca 310 aa långa med en C och en N terminal. Dessa formar en dimer (coiled coil) med N och C terminalerna åt samma håll. Dessa dimers arrangerar sig som staggered antiparallela tetramerer (opolära) i protofilamet med N terminus på en tetramer mot C terminus mot en annan. Protofilamenten bygger upp de intermediära filamenten i repliknande strukturer som är ca 8 tetramerer tjocka.
Vilka är de viktigaste formerna av intermediära filament (IF) och vad är deras funktion?
Cytoplasmiska:
- keratin i epitelceller: gör dem hållbara för tryck och uttänjning.
- vimentinfilament i bindväv, muskel och glialceller
- neurofilament i nervceller: så att de kan bli långa och ändå hålla form.
Kärnan:
Laminfilament som avgränsar kärnan från cytosolen.
Vad kan mutationer i gener kopplade till intermediära filament leda till för problem?
Mutationer som påverkar keratin gör att epitelceller inte kan motstå tryck, allvarliga konsekvenser som sårbildning mm.
Mutationer i plektin (binder ihop IF med andra filament ger svaghet, tex muskulär dystrofi som är dödligt.
Mutationer i kärn-laminan leder till defekt celldelning vilket kan leda till massa problem. tex Progeria som leder till för tidigt åldrande hos barn.
Förklara hur mikrotubili polymeriseras/depolymeriseras.
Beta-tubulin är GTP bindande, och när GTP binder kan dimers polymerisera på plus ändan av mikrotubuli. På samma sätt som ATP hydrolyseras till ADP i aktinfilament, görs densamma för mikrotubuli, Alltså att GTP hydrolyseras till GDP vilket får tubulindimers från minusändan att dissociera. Vanligtvis förankras minusändan på mikrotubuli till centrosomen för att motverka denna disassociation, och detta gör att plusändan är den enda som kan växa eller minska. Detta kallas för dynamisk instabilitet. Det som avgör om mikrotubuli växer eller förkortas är hastigheten på polymerisering relativt till hastigheten på GTP hydrolys. Om hastigheten på polymerisering är högre än GTP hydrolys behåller mikrotuben sin “GTP cap” och kan fortsätta växa. Om det är tvärtom depolymeriseras mikrotuben snabbt. Detta är extra viktigt under mitos för att dela cellen.
Polymerisering/depolymerisering regleras med mikrotubule associated proteins (MAPs): depolymeraser accelererar GTP hydrolys och polymeraser accelererar polymerisering.
