obshaya_tsitologia (1120994), страница 68
Текст из файла (страница 68)
С двух сторон к Z-дискуприкрепляются (+)-концы актиновых нитей соседних саркомеров. Функция Zдисков заключается как бы в связывании соседних саркомеров друг с другом; Z-диски не являются сократимыми структурами.Толстые, миозиновые, протофиламенты также связаны с Z-диском: концытолстых протофиламентов также заякорены в Z-диске с помощью длинных игибких фибриллярных белков – титинов. Миозиновые нити в поперечникемиофибриллы располагаются в гексагональном порядке, так, что каждаямиозиновая нить окружается шестью актиновыми нитями (рис. 262). Вообщеговоря, в мыщце нет сокращающихся, уменьшающих свою длину молекул.Сокращение происходит за счет уменьшения расстояния между Z-дисками, т.е.за счет уменьшения длины саркомеров примерно на 20%.
Механизм мышечногосокращения заключается в кооперативном укорачивании всех саркомеров повсей длине миофибриллы. Г.Хаксли показал, что в основе сокращения лежитперемещение относительно друг друга тонких и толстых нитей. При этомтолстые миозиновые нити как бы входят в пространства между актиновыминитями, приближая друг к другу Z-диски.
Эта модель скользящих нитей можетобъяснить не только сокращение поперечнополосатых мышц, но и любыхсократимых структур (рис. 263).В гладких мышечных клетках также имеются актиновые и миозиновыенити, но они не так правильно расположены, как в исчерченных мышцах. Здесьнет саркомеров, а среди пучков актиновых протофибрилл без особого порядкарасполагаются миозиновые молекулы, которые не образуют толстых агрегатовкак в случае соматических мышц, а представляют собой комплексы из 15-20миозиновых молекул (рис. 264).Глава 21. МикротрубочкиОбщая характеристика мкротрубочекОдним из обязательных компонентов цитоскелета эукариот являютсямикротрубочки (рис. 265). Это нитчатые неветвящиеся структуры, толщиной 25361нм, состоящие из белков-тубулинов и ассоциированных с ними белков.Тубулины микротрубочек при полимеризации образуют полые трубки, откуда иих название.
Длина их может достигать нескольких мкм; самые длинныемикротрубочки встречаются в составе аксонемы хвостов спермиев.Микротрубочки встречаются в цитоплазме интерфазных клеток, где онирасполагаются поодиночке или небольшими рыхлыми пучками, или в видеплотноупакованных микротрубочек в составе центриолей, базальных телец и вресничках и жгутиках. При делении клеток большая часть микротрубочекклетки входит в состав веретена деления.В морфологическом отношении микротрубочки представляют собойдлинные полые цилиндры с внешним диаметром 25 нм (рис.
266). Стенкамикротрубочек состоит из полимеризованных молекул белка тубулина. Приполимеризации молекулы тубулина образуют 13 продольных протофиламентов,которые скручиваются в полую трубку (рис. 267). Размер мономера тубулинасоставляет около 5 нм, равного толщине стенки микротрубочки, в поперечномсечении которой видны 13 глобулярных молекул.Молекула тубулина представляет собой гетеродимер, состоящий из двухразных субъедниц, из α–тубулина и β– тубулина, которые при ассоциацииобразуют собственно белок тубулин, изначально поляризованный.
Обеубъединицы мономера тубулина связаны с ГТФ, однако на α-субъдинице ГТФне подвергается гидролизу, в отличие от ГТФ на β-субъединице, где приполимеризации происходит гидролиз ГТФ до ГДФ. При полимеризациимолекулы тубулина объединяются таким образом, что с β-субъединицей одногобелка ассоциирует α–субъединица следующего белка и т.д. Следовательно,отдельные протофибриллы возникают как полярные нити, и соответственно всямикротрубочка тоже является полярнойструктурой, имеющей быстрорастущий (+)-конец и медленно растущий (-) конец (рис. 268).Придостаточнойконцентрациибелкаполимеризацияпроисходитспонтанно.
Но при спонтанной полимеризации тубулинов происходит гидролиз362одной молекулы ГТФ, связанной с β-тубулином. Во время наращивания длинымикротрубочки связывание тубулинов происходит с большей скоростью нарастущем(+)-конце.Нопринедостаточнойконцентрациитубулинамикротрубочки могут разбираться с обоих концов. Разборке микротрубочекспособствует понижение температуры и наличие ионов Са ++.Существует ряд веществ, которые влияю на полимеризацию тубулина. Так,алкалоид колхицин, содержащийся в безвременнике осеннем (Colchicumautumnale) , связывается с отдельными молекулами тубулина и предотвращаетих полимеризацию.
Это приводит к падению концентрации свободноготубулина, способного к полимеризации, что вызывает быструю разборкуцитоплазматических микротрубочек и микротрубочек веретена деления. Такимже действие обладают колцемид и нокодозол, при отмывании которыхпроисходит полное восстановление микротрубочек.Стабилизирующим действие на микротрубочки обладает таксол, которыйспособствует полимеризации тубулина даже при его низких концентрациях.Все это показывает, что микротрубочки являются очень динамичнымиструктурами, которые могут достаточно быстро возникать и разбираться.В составе выделенных микротрубочек обнаруживаются ассоциированные сними дополнительные белки, т.н. МАР-белки (МАР- microtubule accessoryproteins).Этибелки,стабилизируямикротрубочки,ускоряютпроцессполимеризации тубулина (рис.
269).В последнее время процесс сборки и разборки микротрубочек сталинаблюдать в живых клетках. После введения в клетку меченых флуорохромамиантител к тубулину и при использовании электронных систем усиления сигналав световом микроскопе, можно видеть, что в живой клетке микротрубочкирастут, укорачиваются, исчезают, т.е. постоянно находятся в динамическойнестабильности.
Оказалось, что среднее время полужизни цитоплазматическихмикротрубочек составляет всего лишь 5 минут. Так за 15 минут около 80% всейпопуляции микротрубочек обновляется. При этом отдельные микротрубочки363могут на растущем конце медленно (4-7 мкм\мин) удлиняться, а затемдостаточно быстро (14-17 мкм\мин) укорачиваться. В живых клеткахмикротрубочки в составе веретена деления имеют время жизни около 15-20 сек.Считается,чтодинамическаянестабильностьцитоплазматическихмикротрубочек связана с задержкой гидролиза ГТФ, это приводит к тому, что на(+)-конце микротрубочки образуется зона, содержащая негидролизованныенуклеотиды (“ГТФ-колпачок”).
В этой зоне молекулы тубулина связываются сбольшимсродствомдругкдругу,и,следовательно,скоростьростамикротрубочки возрастает. Наоборот, при потере этого участка, микротрубочкиначинают укорачиваться.Однако 10-20% микротрубочек остаютсядостаточнодолгоевремя(донесколькихотносительно стабильнымичасов).Такаястабилизациянаблюдается в большой степени в дифференцированных клетках.
Стабилизациямикротрубочек связана или с модификацией тубулинов или с их связыванием сдополнительными (МАР) белками микротрубочек и с другими клеточнымикомпонентами.Ацетилирование лизина в составе тубулинов значительно увеличиваетстабильность микротрубочек. Другим примером модификации тубулинов можетбыть удаление терминального тирозина, что также характерно для стабильныхмикротрубочек.
Эти модификации обратимы.Сами микротрубочки не способны к сокращению, однако они являютсяобязательными компонентами многих движущихся клеточных структур, такихкак реснички и жгутики, как веретено клетки во время митоза, какмикротрубочкицитоплазмы,которыеобязательныдляцелогорядавнутриклеточных транспортов, таких как экзоцитоз, движение митохондрий идр.В целом же роль цитоплазматических микротрубочек может быть сведена кдвум функциям: скелетной и двигательной.
Скелетная, каркасная, рользаключаетсявтом,чторасположениемикротрубочеквцитоплазме364стабилизирует форму клетки; при растворении микротрубочек клетки, имевшиесложную форму, стремятся приобрести форму шара. Двигательная рольмикротрубочек заключается не только в том, что они создают упорядоченную,векторную, систему движения.
Микротрубочки цитоплазмы в ассоциации соспецифическими ассоциированными моторными белками образуют АТФ-азныекомплексы, способные приводить в движение клеточные компоненты.Практически во всех эукариотических клетках в гиалоплазме можно видетьдлинныеневетвящиесямикротрубочки.Вбольшихколичествахониобнаруживаются в цитоплазматических отростках нервных клеток, в отросткахмеланоцитов, амеб и других изменяющих свою форму клетках (рис. 270). Онимогут быть выделены сами или же можно выделить их образующие белки: этоте же тубулины со всеми их свойствами.Центры организации микротрубочек.Рост микротрубочек цитоплазмы происходит полярно: наращивается (+)конец микротрубочки.
Так как время жизни микротрубочек очень коротко, тодолжно постоянно происходить образование новых микротрубочек. Процессначала полимеризации тубулинов, нуклеация, происходит в четко ограниченныхучастках клетки, в т.н. центрах организации микротрубочек (ЦОМТ).В зонахЦОМТ происходит закладка коротких микротрубочек, обращенных своими (-)концами к ЦОМТ. Считается, что в зонах ЦОМТ (--)-концы заблокированыспециальнымибелками,предотвращающимиилиограничивающимидеполимеризацию тубулинов.
Поэтому при достаточном количестве свободноготубулина будет происходить наращивание длины микротрубочек, отходящих отЦОМТ. В качестве ЦОМТ в клетках животных участвуют главным образомклеточные центры, содержащие центриоли, о чем будет сказано позже. Крометого в качестве ЦОМТ может служить ядерная зона, и во время митоза полюсаверетена деления.Наличие центров организации микротрубочек доказывается прямымиэкспериментами.
Так, если в живых клетках полностью деполимеризовать365микротрубочки или с помощью колцемида или путем охлаждения клеток, топосле снятия воздействия первые признаки появления микротрубочек будутпоявляться в виде радиально расходящихся лучей, отходящих от одного места(цитастер). Обычно у клеток животного происхождения цитастер возникает взоне клеточного центра.
После такой первичной нуклеации микротрубочкиначинают отрастать от ЦОМТ и заполнять всю цитоплазму. Следовательно,растущие периферические концы микротрубочек будут всегда (+)-концами, а (-)концы будут располагаться в зоне ЦОМТ (рис. 271, 272).Цитоплазматические микротрубочки возникают и расходятся от одногоклеточного центра, с которым многие теряют связь, могут быстро разбираться,или, наоборот, могут стабилизироваться при ассоциации с дополнительнымибелками.Однозаключаетсяизфункциональныхвсозданииназначенийэластичного,номикротрубочекцитоплазмыодновременноустойчивоговнутриклеточного скелета, необходимого для поддержания формы клетки.Найдено, что у дисковидных по форме эритроцитов амфибий по периферииклеткилежитжгутциркулярноуложенныхмикротрубочек;пучкимикротрубочек характерны для различных выростов цитоплазмы (аксоподиипростейших, аксоны нервных клеток и т.д.).Действие колхицина, вызывающего деполимеризацию тубулинов, сильноменяет форму клетки.
Так, если отросчатую и плоскую клетку в культурефибробластов обработать колхицином, то она теряет полярность. Точно такимже образом ведут себя другие клетки: колхицин прекращает рост клетокхрусталика, отростков нервных клеток, образование мышечных трубок и т.д. Таккак при этом не исчезают элементарные формы присущего клеткам движения,такие, как пиноцитоз, ундулирующие движения мембран, образование мелкихпсевдоподий, то, роль микротрубочек заключается в образовании каркаса дляподдержания клеточного тела, для стабилизации и укрепления клеточныхвыростов. Кроме того, микротрубочки участвуют в процессах роста клеток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
