Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 72
Текст из файла (страница 72)
14.13) в работающеймышце. Относительный вклад каждого изэтих процессов в генерирование АТР зависит от типа мышц. Так, в красных мышцах,цвет которых обусловлен высоким содержанием миоглобина и цитохромов дыхательной цепи, уровень аэробного обмена намного выше, чем в белых мышцах.34.13. Актин и миозин служатсократительными элементами почти во всехэукариотических клеткахДавно уже установлено, что многие немышечные клетки способны передвигатьсяи менять свою форму. Миграция клетокв процессе развития эмбриона, передвижение макрофагов к поврежденным тканям,ретракция сгустка тромбоцитами, биениемикроворсинок кишечного эпителия - всеэто примеры, иллюстрирующие универсальность клеточной подвижности.
Некоторыеаспекты подвижности клеток можно исследовать на культурах ткани. Так, культивируемые клетки различных типов имеют плоские складчатые выросты, так называемыеламеллиподии, форма которых медленно меняется. Они напоминают легкие складкиплатья на ветерке, и потому их называюттакже складчатыми краями или активнымикраями (рис. 34.21). Складчатые края выступают наружу на несколько микрометров, ис их помощью клетка может прикрепляться34.
Мышечное сокращениеи подвижность клеток271Рис. 34.21.Слизистый плесневой грибDictyostelium discoideum в сканирующем электронном микроскопе. Этот организм можетсуществовать либо в виде свободных клеток, либо как частьорганизованной колонии. Наповерхности Dictyostelium хорошо видны активные краяи филоподии, богатые актином. (Печатается с любезногоразрешенияд-раJamesSpudich.)к поверхности. Если прикрепившаяся клеткавтягивает складки на одном конце и вытягивает на другом, то при этом она постепенноперемещается.Каковы молекулярные основы движенияклеток? Первые сведения по этому вопросубыли получены Ариелем Лёви (Ariel Loewy)при изучении слизистого плесневого грибаPhysarum polycephalum. Этот слизевик образует плазмодий и содержит перетекающиемассы цитоплазмы.
Полученные при высокой ионной силе экстракты гриба былисходны по свойствам с актомиозином поперечнополосатых мышц. Так, добавлениеАТР вызывало быстрое падение вязкости,которая затем вновь медленно возрасталапо мере гидролиза АТР. Спустя нескольколет Садаси Гатано и Фумио Осава (SadashiHatano, Fumio Osawa) обнаружили в грибевысокое содержание актина, очень сходногос мышечным. Он образовывал тонкие нитии взаимодействовал с миозином. Самое ин272Часть V.Молекулярная физиологиятересное, что актин плесневого гриба взаимодействовал с S1-головками миозина скелетных мышц позвоночных, причем возникали декорированные нити, подобные тем,которые образуются из актина и миозинапозвоночных. Оказалось, что плесневой актин отличается от актина мышц кроликатолько по 17 из 375 аминокислотных остатков.
Следовательно, актин - это высококонсервативный, древний белок эукариот. Аналогично актину из рассматриваемого плесневого гриба, а также из многих другихэукариотических клеток был выделен и миозин. Однако свойства миозинов из разныхисточников варьировали в большей степени,чем свойства актинов, выделенных из техже источников. Например, миозины из многих немышечных клеток не способны к быстрому формированию таких толстых нитей, какие образуются из миозина скелетных мышц. Немышечные миозины образуют короткие биполярные нити.34.14. Распределение микрофиламентовв клетке выявляется методомиммунофлуоресцентной микроскопииКак правило, клетки эукариот богаты актином, содержание которого составляет обычно 10% общего количества белка.
По существу, актин - количественно превалирующийбелок во многих типах клеток. Содержаниемиозина в немышечных клетках обычно в 10раз ниже, чем актина. Следовательно, количественное отношение актина к миозинув немышечных клетках выше, чем в мышцах.Часть актина в немышечных клетках полимеризуется с образованием микрофиламентов (рис. 34.22), напоминающих тонкиенити мышечного волокна. Микрофила-Рис.
34.22.Электронная микрофотография, демонстрирующая большое количество микрофиламентов в цитоскелете фибробластов эмбриона цыпленка.(Печатается с любезного разрешения д-ра Susan Brown.)менты диаметром 70А выявляются на электронных микрофотографиях почти всехклеток эукариот. Декорирование микрофиламентов головками S1 приводит к возникновению характерной структуры регулярнорасположенных стрелок; из этого следует,что микрофиламенты состоят из актинаи могут взаимодействовать с миозином(рис. 34.23).Распределение микрофиламентов в клетке выявляется с помощью иммунофлуоресцентной микроскопии.
Метод состоит в том,что получают специфические к актину антитела, ковалентно связывают их с флуоресцентной меткой, например с флуоресцеином, и добавляют к культивируемым клеткам. В результате проявляется сеть микрофиламентов, видимая под флуоресцентныммикроскопом (рис. 34.24). Некоторые пучкифлуоресцирующих нитей тянутся через всюклетку.
В покоящейся клетке, прикрепленной к твердому субстрату, многие актиновые нити идут параллельно длинной осиклетки. В складчатых краях, напротив, флуоресценция имеет диффузный характер, чтосвязано с наличием мономеров актина илиРис. 34.23.Электронная микрофотография F-актина из Dictyostelium,декорированного S1-головкамимиозинатакжеизDictyostelium. Видно, что образуются такие же «наконечникистрел», как и в случае декорирования F-актина скелетныхмышц S1-головками мышечного миозина.
(Печатается с любезного разрешения д-ра JamesSpudich.)34. Мышечное сокращениеи подвижность клеток273Рис. 34.24.Иммунофлуоресцентная микрофотография прикрепленной к поверхности покоящейсякультивируемой клетки. Клетка окрашена флуоресцирующими антителами против актина. Видны длинные пучки микрофиламентов. (С любезногоразрешения Elias Lazarides.)коротких нитей актина (рис. 34.25).
Методом иммунофлуоресцентной микроскопиибыло также исследовано внутриклеточноераспределение других сократительных белков. В микрофиламентах был обнаружентропомиозин (рис. 34.26), тогда как тропонина в них, по-видимому, нет. Ионы кальцияиграют важную роль в регуляции не толькомышечной, но и немышечной подвижности,хотя в целом эти два процесса регулируютсяпо-разному. Относительно внутриклеточного распределения миозина известно оченьмало.
В немышечных клетках обнаружентакже α-актинин, который в мышцах связывает актин с Z-пластинками миофибрилл.Этот белок присутствует в наибольшем количестве в складчатых краях и других участках клетки, где происходит быстрое формирование и распад нитей актина. Возможно,что α-актинин создает мостики между нитями актина в цитоскелете и другими образованиями, связанными с подвижностью.274Часть V.Молекулярная физиология34.15. Прикрепленные к мембраненити актина опосредуют сокращениемикроворсинок кишечникаМикроворсинки эпителиальных клеток кишечника (рис.
34.27) - это одна из наиболееизученных немышечных сократительных систем. Микроворсинки представляют собойвыпячивания цитоплазмы на апикальнойРис. 34.25.Более диффузное распределение нитей актина в движущейсяклетке, особенно в ее активныхкраях. (Печатается с любезногоразрешения д-ра Elias Lazarides.)ности? Путем декорирования актиновых нитей микроворсинок S1-головками миозинабыло выявлено, что все нити имеют одинаковую полярность (рис. 34.28). Образовавшиеся стрелки оказались направленнымик основанию микроворсинок (подобно томукак на декорированных тонких нитях мышечных волокон стрелки направлены в сторону Z-пластинок). Другими словами, полярность актиновых нитей такова, чтомикроворсинки при сокращении втягиваются в клетку.
Было также обнаружено, чтов терминальной сети имеются толстые нити,содержащие миозин. По всей вероятности,биполярные миозиновые нити терминальной сети взаимодействуют с нитями актинаприлежащих ворсинок (рис. 34.28). Согласно этой гипотезе, нити актина скользят от-Рис. 34.26.В клетках, окрашенных флуоресцирующимиантителамипротив актина, видны похожиена геодезические вышки куполообразные структуры. (Печатается с любезного разрешенияд-ра Elias Lazarides.)поверхности эпителиальных клеток кишечника, и в своей массе они образуют так называемую щеточную каемку, видимуюв световом микроскопе.
Каждая из микроворсинок содержит пучок актиновых нитей,которые на выступающем конце прикрепляются к плазматической мембране. Кроме того, во многих точках вдоль микроворсинки актиновые нити связаны с плазматической мембраной тонкими нитевиднымисоединениями. Остов актиновых филаментов проникает под поверхность клетки, достигая так называемой терминальной сети.Плазматическую мембрану изолированныхщеточных каемок можно удалить, обработав их детергентом; остальная часть структуры при этом сохраняется интактной.
Былобнаружен поразительный факт: лишеннаямембраны щеточная каемка сокращаетсяпри добавлении АТР и Са2+ и актиновыенити быстро погружаются в терминальнуюсеть.Какова структурная основа этой подвиж-Рис. 34.27.Электронная микрофотография щеточной каемки кишечного эпителия. Микроворсинкисодержатнитиактина.[Mooseker M. S., Tilney L. G.,J. Cell Biol., 67, 725 (1975).]34. Мышечне сокращениеи подвижность клеток275носительно нитей миозина, так что в целомдвижение направлено к центру клетки.В итоге микроворсинки укорачиваются, чтоспособствует всасыванию питательных веществ клеткой.34.16.
Цитохалазин и фаллоидин тормозятподвижность, сопряженную с процессамисборки и дезагрегации нитей актинаЦитохалазин В (алкалоид из грибов) при добавлении к эукариотическим клеткам изменяет их форму и подавляет многие формыподвижности. Так, этот алкалоид ингибирует образование складчатых краев у фибробластов, отрастание аксонов от ганглиев, ретракцию кровяного сгустка тромбоцитами, деление оплодотворенной яйцеклетки морского ежа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
