Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 326
Текст из файла (страница 326)
Микротрубочки непрерывно расположены по длине аксонемы, которая может со ставлять 10 — 200 мкм. На равных расстояниях вдоль микротрубочек располагаются дополнительные белки, сшиваюгцие микротрубочки вместе. Молекулы реснггчного (ггксонемного) динеина образуют мостики между соседними двойными микротрубочками на периферии аксонемы (рис. 16.82). Когда а) 60 нм 100 нм Рис. 16.82.
Ресничный динеин. Ресничный (аксонемный) динеин — зто крупный белковый комплекс (массой почти 2000 кДа), состоящий из 9-12 полипептидных цепей, самая большая из которых (тяжелая цепь) имеет массу, превышающую 500 кДа. о) Тяжелые цепи образуют основную часть глобулярной головки и хвостового домена, а меньшие цепи выстраиваются вокруг основания хвоста.
У многоклеточных внешний динеин несет две головки, а у простейших — три, каждая из которых образована своей тяжелой цепью (см. Рис. 1659, б). Хвост молекулы независимо от АТР связывается с микротрубочкой А, а крупные глобулярные домены несут АТР зависимый сайт связывания микротрубочки В (см. рис.
16 81). Когда головки гидролизуют свой АТР, они движутся в сторону минус-конца микратрубочки В, создавая силу скольжения между соседними парами микротрубочек в ресничке или жгутике. Подробности смотри на рис. 16.64. 6) Полученная методом замораживания злектронная микрофотография реснички. Видны расположенные на двойных микротрубочнах равноудаленные друг от друга хвосты динеина. моторный домен динеииа активируется, дииеииовые молекулы, прикрепленные к одной паре микротрубочек (см. рис.
)б.б4), стремятся начать двигаться вдоль соседней пары и вызывать скольжение соседних пар относительно друг друга аналогично скольжепиго актииовых топких филамеитов во время мышечного сокрашения. Однако присутствие других связей между парами микротрубочек препятствует этому, и налагаемая динеином сила преобразуется в сгибательиое движение (рис. 16.83). Длина жгутиков точно регулируется. Если удалить один из двух жгутиков клетки СИатуг1отопаз, оставшийся временно укоротится. Когда второй жгутик ', ' 1б.4.
Цитоскеяет и4ункционирование клетки ' 1565 сшивочныв +дтр е) ' й не(511ирг)8)(нного'ду(б)(ртрг б) .. тз нрргув(янис)(й жг)г)т))кр; . ' й)рябая,'убсз(Млннбнн::: динбнн)зы8)йбдбтнагнь Рис. 16.83. Сгибаиие аксонемы. а) При обработке аксонемы протеолитическим ферментов трипсином связи, удерживающие микротрубочк и вместе, разрываются. В данном случае добавление АТР позволяет головкам динеина смещать пары микротрубочек относительно друг друга. б) В интактной аксонеме (например, в сперматозоиде) гибкие белковые мостики не позволяют парам скользить относительно друг друга. В результате работа динеина приводит к изгибу и волнообразному движению или биению (см.
Рис, 18.80). вновь достигнет длины первого, они начнут удлиняться вместе до тех пор, пока не достигнут нормального размера, характерного для нетронутой клетки. Новые компоненты, включая тубулин и динеин, встраиваются в растущий жгутик на его верхушке. Таким образом, даже в случае таких вьшокоупорядоченных и стабильных подвижных филаментных структур клетка ншюльзует присущие цнтоскелету гибкость и адаптивность для быстрого и динамичного ответа на изменения условий.
У человека наследственные дефекты ресничного динеина приводят к синдрому Картагенера. Это заболевание характеризуется мужским бесплодием, вызванным неподвижностью сперматозоидов, высокой восприимчивостью к легочным инфекциям, основанной на параличе ресничек дыхательного тракта и их неспособности к удалению отходов и бактерий, и нарушениями формирования право левой оси тела во время раннего эмбрионального развития (см. главу 22). Бактерии также плавают при помощи поверхностных структур, носящих название жгутиков, но зти жгутики не содержат микротрубочек или динеина. Их движение основано не на биении или волнообразном изгибании. Бактеупалъные жгутики представляют собой длинные, жесткие спиральные филаменты, состоящие из повторяющихся субъединиц белка флагеллина. Жгутики вращаются, как гребной винт, за счет специального вращательного мотора, встроенного в бактериальную клеточную стенку (см. рис.
15.71). Использование одинаковых названий 16.4. Цитоскелет и функционирование клетки 1587 тока жидкости через почечные канальцы. Когда ток жидкогти изгибает первичные регнички, открываются механочувгтвительные кальциевые каналы, регулирующие рост и пролиферацию клеток почек. Потеря кальциевых каналов или других структурных компонентов первичных ресничек почечных клеток приводит к поликистозной болезни почек -- распространенному генетическому нарушению, вызывающему избыточную пролиферацик~ эпителиальных клеток органа.
Это приводит к образованию в почках крупных заполненных жидкостью кигт, которые в конце концов вызывают почечную недостаточность. Другой специализированный тип первичных ресничек, способный к биению, отвечает за формирование право-левой симметрии во время развития зародыша (см. риг.
22.87). 1б.4.5. Образование митотического веретена деления требует динамичности микротрубочек и взаимодействия множества моторных белков Миофибриллы и реснички — относительно постоянные структуры, специализирующиеся на проведении повторяющихся движений. Но большинство видов движения клеток зависит от лабильных структур, возникающих на определенных этапах клеточного цикла или в ответ на внешние сигналы и исчезакпцих после выполнения своей задачи. Наиболее изученнгями струкзурами такого рода являются веретено деления и сократительное кольцо, образукпциеся во время деления.
В главе 17 мы подробно опишем процесс митоза и систему регуляции клеточного цикла, определяющую последовательность событий клеточного деления. Здесь мы кратко обсудим несколько цитоскелетных механизмов, вносящих вклад в формирование и механическое функционирование веретена деления. Образование митотического веретена деления — исключительно важный и интересный пример степени самоорганизации групп моторных белков, взаимодействующих с динамичными цитоскелетнымн филаментами.
В этом процессе также активно участвуют хромосомы. Во время быстро сменяющих друг друга событий, протекаю1цих в животной клетке менее чем за час, интерфазная упаковка микро- трубочек полностью разбирается и перестраивается с образованием биполярного веретена деления, отвечающего за расхождение с безукоризненной точностью удвоенных хромосом по дочерним клеткам. Поскольку центральная задача — это надежность передачи генетического материала, в образовании и функционировании веретена деления наблюдается удивительная избыточность, благодаря которой в случае нарушения какого-либо механизма ему на смену приходит запасной, обеспечивающий правильное расхождение хромосом.
На ранних стадиях митоза происходят значительные изменения динамического поведения и средней длины микротрубочек. В интерфазе микротрубочки обычно длинные и редко претерпевая>т катастрофы, но во время митоза они укорачиваются и становятся динамичнее. В областях вокруг конденсированных хромосом усиливаются нуклеация и сборка микротрубочек. По мере сборки направленных в разные стороны микротрубочек на конденсированном хроматине скоординированная работа нескольких моторных белков приводит к образованию из неорганизованной массы микротрубочек упорядоченного биполярного веретена деления.
Сначала биполярный кинезин-5 (гм. рис. 16.58) образует параллельные пучки микротрубочек и отводит друг от друга противоположно направленные филаменты. Затем связанный с плечами хромосом кинезин-4 движется в сторону плюс-конца ассоциированных 1б.4. Цитоскелет и функционирование клетки 1589 с хромосомами микротрубочек и отталкивает их минус-концы от хромосомной массы. Наконец, направленные к минус-концам моторы цитоплазматический динеин и кинезин-14 образуют олигомерные комплексы с каркасными белками, собирающими вместе минус-концы микротрубочек с образованием полюсов веретена деления.
В большинстве животных клеток эти процессы направляются парой центросом, способствующих нуклеации и организации минус-концов микротрубочек. В результате получается изящно сбалансированное биполярное веретено деления (рис. 16.85). После сборки биполярного веретена деления оно может долгое время казаться стабильным и неподвижным. У многих млекопитающих неоплодотворенная яйце- клетка останавливает клеточный цикл в мейотической метафазе, и веретено деления сохраняется днями и месяцами до тех пор, пока оплодотворение не инициирует дальнейший ход клеточного цикла (см. главу 21). Однако такая неподвижность обманчива, поскольку веретено деления представляет собой крайне динамичную структуру, напряженную в ожидании действия, которое начнется, когда хромосомы начнут расходиться в анафазе.
Например, многим мик)ютрубочкам веретена деления свойственно поведение, носящее название полюсного тока, при котором на плюс-конце суммарно происходит присоединение тубулиновых субъединиц, а на минус-конце вблизи полюса веретена — их потеря. Полюсный ток зависит от работы направленных к минус-концу моторных белков в полюсе, непрерывно собирающих микротрубочки вместе, и биполярного, направленного к плюс-концу кинезина-5 на межполюсных микротрубочках, постоянно отталкивающего их друг от друга (см. рис. 1б.85). Как будет рассмотрено в главе 17, тонкое равновесие между этими двумя типами моторных белков в веретене деления также определяет его длину, В целом, веретено деления представляет собой результат коллективной работы, объединяю/цей динамические свойства микротрубочек с индивидуальным действием десятков молекулярных моторов и других компонентов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
