11133 (600494), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Приведенные выше данные демонстрируют также, что актиновые филаменты прямо связаны с мембранами. Результаты, полученные с помощью других методов и на других объектах, также указывают на это. Например, микрофиламенты часто выделяются при очистке цитоплазматических мембран. Впервые это показано для Acanthamoeba caslellani, а впоследствии подтвердилось практически для всех типов клеток. В очищенных препаратах мембран микрофиламенты можно увидеть в электронный микроскоп (причем они прикреплены к внутренней поверхности мембраны); кроме того, при электрофорезе препаратов мембран в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия обнаруживается актин.

Далее, есть прямые микроскопические наблюдения примембранных областей, в которых много микрофиламентов. Иногда, например, в случае ворсинок, очень четко видно, что микрофиламенты прикреплены к мембране на конце ворсинки. На электронных микрофотографиях поперечных сколов ворсинок центральный пучок микрофиламентов соединен с мембраной ворсинки как бы спицей.

Как микрофиламенты прикрепляются к мембране, пока неясно. Непосредственно ли присоединены микрофиламенты к мембранам или же их связь осуществляется через какие-то другие белки? Второе предположение кажется более правдоподобным; наиболее вероятные кандидаты на роль такого связующего белка — а-актинин или подобные ему белки. Показано, что а-актинин присутствует в кончике ворсинки — там, где микрофиламенты прикрепляются к ее мембране; кроме того, он обнаружен в цитоплазматической мембране и в мембранах секреторных везикул вблизи микрофиламентов. Таким образом, предполагается, что α-актинин играет одну и ту же роль и в мышечных волокнах (где он связывает актиновые нити с Ζ-мембранами) и в немышечных клетках. Возможно, микрофиламенты взаимодействуют с мембранами также через посредство миозина, и есть данные, указывающие на то, что миозин может выступать как трансмембранный белок.

Менее убедительны эксперименты, поставленные с целью выявить прямое взаимодействие, между микротрубочками и мембранами. По данным многих исследователей, колхицин связывается с мембранами, однако из-за того, что такому связыванию могут способствовать самые разные факторы, это нельзя расценивать как доказательство присутствия тубулина в клеточной мембране. Более прямые данные, указывающие на то, что тубулин входит в состав мембран, получены на синаптосомах головного мозга и на мембранах ресничек некоторых моллюсков. Во всяком случае, связь с мембранами для тубулина, по-видимому, не столь обычное явление, как для актина.

Кратко рассмотрев данные о взаимодействиях между микротрубочками, микрофиламентами и мембранами, и помня о распределении элементов цитоскелета в животной клетке, мы можем обсудить роль цитоскелета и клеточной мембраны (рис. 11).

Рисунок 11. «Предполагаемые взаимоотношения между микротрубочками, микрофиламентами и клеточной мембраной».

Согласно предполагаемой модели, в интерфазных клетках микротрубочки образуют внутренний каркас, расходясь от центра к периферии клетки. Этот каркас не участвует непосредственно в генерации движения, а служит опорой для расположенных ближе, к поверхности клетки структур.

5. Генерация движения микрофиламентами

Микрофиламенты могут генерировать движение двумя различными способами: путем скольжения — согласно этому механизму актиновые и миозиновые нити скользят друг относительно друга – или же просто путем сборки и дезагрегации пучков микрофиламентов. Опять мы сталкиваемся с удивительным соответствием между системой микрофиламентов и системой микротрубочек: обе системы генерируют движенце, одними и тещи же способами. Это представляет интерес с эволюционной точки зрения, поскольку указывает на то, что системы, которые возникли, по-видимому, независимо друг от друга, решили проблему генерации движения одинаково, хотя и с помощью различных материалов.

Модель скольжения микрофиламентов, описывающая зависимые от актомиозина движения немышечных клеток, исходит из данных о сокращении мышц, модель которого можно применить с незначительными модификациями к микрофиламентам.

В немышечных клетках такая система подвижности состоит из актиновых микрофиламентов, один конец которых прикреплен к каким-либо структурам клетки (к клеточной мембране, микротрубочкам или другим органеллам, а другой конец свободен;, менаду свободными концами двух противолежащих актиновых микрофиламентов находятся биполярные миозиновые нити. Когда два противолежащих актиновых микрофиламента скользят вдоль миозиновой нити, их свободные концы сближаются, а закрепленные концы тянут за собой те структуры, к которым они присоединены. В мышцах всё это происходит в структурах, специально предназначенных для генерации движения (саркомерах). Саркомер состоит из двух пучков актиновых нитей (они прикреплены к Z-мембранам, ограничивающим саркомер) с миозиновыми нитями между ними. В результате скольжения нитей саркомер укорачивается, что соответствует сокращению мышцы. В немышечных клетках такое скольжение приводит к сближению структур, к которым прикреплены противоположные концы микрофиламентов

Рассмотрим теперь, как же при взаимодействии актиновых и миозиновых нитей возникает скольжение. Инициатором является миозин, точнее головки его молекулы, где находятся центры АТРазной активности. Миозиновые головки отличаются большим сродством к АТР, и при его избытке каждая головка связывает одну молекулу АТР.

Рисунок 12. «Модели взаимодействия актина и миозина. Вверху, мышце; посередине и внизу: в немышечных клетках».

Связав АТР, миозиновая головка сразу же переходит в активированное состояние с высоким сродством к актину и прикрепляется к одной из актиновых субъединиц ближайшего микрофиламента. Связывание с актином немедленно вызывает гидролиз АТР, за счет выделившейся - при этом энергии головка поворачивается на небольшой угол, что немного перемещает актиновый филамент, к которому головка прикреплена. При утилизации новых порций АТР такой цикл повторяется многократно, скольжение становится заметным. Мы привели весьма упрощенное описание процессов, связанных с актомиозинзависимой сократимостью мышечных волокон. Более полное описание читатель найдет в другой книге этой же серии (R. Μ. Simmons Muscle Contraction"). Этот основной механизм взаимодействия актина и миозина можно, по-видимому, распространить также и • на немышечные клеточные системы.

5.1 Регуляция скольжения белками микрофиламентов

В мышечных клетках актиновые нити содержат (кроме, актина) два регуляторных белка — тропомиозин и тропонин, благодаря которым скольжение чувствительно к концентрации ионов Са²⁺. Связывание комплекса миозин — АТР с актином возможно только в присутствии Са²⁺, т. е. Са²⁺ служит, регулятором мышечного сокращения. Концентрация Са²⁺ внутри саркомеров регулируется высвобождением его из саркоплазматического ретикулума при деполяризации мембраны.

Тот факт, что миозин действительно присутствует в микрофиламентах животных клеток, был продемонстрирован с помощью антител к миозину, меченных флуоресцеином. Возможно также, что в немышечных клетках миозиновые молекулы существуют не в виде типичных нитей с выступающими головками, а просто как двуглавые мономеры, сохраняющие способность связывать актиновые микрофиламенты. Другая модель, которую предложили Марута и Корн, предполагает, что одиночные, миозиновые молекулы присоединены к актиновому филаменту стержневыми участками тяжелых цепей, так что свободные головки могут взаимодействовать с соседними актиновыми филаментами. В этом случае подвижность обеспечивалась бы непосредственно скольжением двух актиновых микрофиламентов друг относительно друга, т, е. так, как скользят микротрубочки в ресничках и жгутиках. Согласно этой модели, одноглавый миозин, который, по-видимому, не способен образовывать биполярные нити (как, например, миозин Acanthamoeba), тоже мог бы участвовать в генерации движения.

Поскольку подвижность зависит от взаимодействия актина и миозина, факторы, регулирующие это взаимодействие, можно рассматривать как регуляторы клеточной подвижности. В мышечных клетках управление сокращением осуществляется с помощью ионов Са²⁺ и системы тропомиозин — тропонин, связанной с актиновыми нитями. В немышечных клетках регуляция еще недостаточно изучена. Ясно, однако, что в клетках различных типов может, быть много разных регуляторных систем — одни из них основаны на действии Са²⁺, а Другие реализуют другие механизмы.

Ферментативная активность при взаимодействии очищенных препаратов актина и миозина из немышечных клеток не зависит, как правило, от концентрации Са²⁺, однако известны примеры Са²⁺ чувствительной АТРазной активности актомиозина из тканей мозга, из лейкоцитов, тромбоцитов и плазмодия миксомицета Physarum polycephalum . Чувствительность к Са²⁺ можно определить, регистрируя сокращение актомиозиновых нитей в клеточных экстрактах (это сделано на амебах и некоторых других клетках). Данные in vivo о подвижности, чувствительной к Са²⁺, в которой участвуют микрофиламенты, получены при исследовании токов цитоплазмы у Amoeba proteus, Chaos carolinensis и Physarum, а также АТР-зависимого сокращения изолированных полосок щеточной каемки кишечного эпителия.

В мышечных клетках сокращение регулируется Са²⁺-связывающим белком системы тропомиозин — тропонин, поэтому некоторые исследователи искали подобные белки и в немышечных клетках. Белки, подобные тропомиозину, удалось найти в тромбоцитах, в тканях мозга, в поджелудочной железе и в культуре фибробластов мышц; Са²⁺-связывающий белок, похожий на тропонин мышц, недавно выделили из мозга куриных эмбрионов. Белки, придающие, актомиозиновому комплексу чувствительность к Са²⁺, выделены из Physarum и Dictyosteиит, однако эти данные нуждаются в дальнейшей проверке.

Наряду с кальциевой регуляцией, несомненно, существуют и другие регуляторные системы, контролирующие взаимодействие актина и миозина.

Одной из них может быть регуляция фосфорилирования миозина. Было показано, например, что в тромбоцитах АТРазная активность миозина, стимулированная актином, возрастает приблизительно в 5 раз, когда легкая (17 000) цепь миозина фосфорилируется особой протеинкиназой в присутствии АТР. Это позволяет предполагать, что фосфорилирование прямо влияет на взаимодействие актина и миозина. Однако относительно этой системы пока еще преждевременно делать окончательные выводы.

Из приведенных выше примеров должно быть ясно, что в настоящий момент еще нет единой теории регуляции актомиозинового взаимодействия в немышечных клетках. Отчасти это обусловлено сравнительной скудостью сведений, которыми мы располагаем по этому вопросу, а отчасти—сложностью самой проблемы. Вероятно, что в регуляции взаимодействия актина с миозином в немышечных клетках участвует многих систем. Для некоторых клеток важное значение имеют ионы Са²⁺, о других механизмах регуляции известно пока еще слишком мало.

Есть еще один способ генерировать движение, который используется не для перемещения всей клетки как целого, а для движения отдельных ее частей (например, мембран); речь идет о подвижности, обусловленной полимеризацией и деполимеризацией пучков актиновых филаментов. В этом случае движение обусловлено не скольжением, а ростом пучков микрофиламентов, которые при этом отталкивают ту часть клетки, которая контактирует с зоной их роста (обратный процесс, как можно представить себе, происходит при деструкции микрофиламентов).

Пример движения такого типа — уже упоминавшаяся акросомальная реакция. В процессе этой реакции менее чем за 10 с, формируется прямой пучок микрофиламентов, выпячивающий мембрану сперматозоида в направлении яйца.

В цитоплазме некоторых немышечных клеток нередко обнаруживают другой тип надмолекулярной организации актиновых мономеров: вместо обычных пучков микрофиламенты образуют тонкую трехмерную сеть.

Это явление можно воспроизвести in vitro; оно известно под названием процесса желатинизации. Такие, как их еще, называют, переходы золь — гель имеют, по-видимому, существенное значение для регуляции вязкости цитоплазмы и изменения формы клетки, и, хотя эти функции могут быть косвенно связаны с движением клетки, их нельзя считать истинной подвижностью.

Список используемой литературы

1. Биологический энциклопедический словарь. / Гл. ред. М. С. Гилярон; Редкол.: А. А. Баев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзип и др. — 2-е изд., исправл. — М.: Сов. энциклопедия, 1989. — 864 с, ил.

2. Варфоломеев С. Д., Гуревич К. Г. Биокинетика: Практический курс. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999.– 720 с: ил.

3. Мецлер Д. Биохимия: Химические реакции в живой клетке. В 3-х томах том 1, 2, 3. Пер. с англ. – М.: Изд-во «Мир», – 1980.

4. Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию: Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб, и доп. / Ю.С. Ченцов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – 495 с: ил.

5. Юрина Н. А., Радостина А. И. Гистология: Учебник. – М.: Медицина, 1995. – 256 с; ил.

6. Гистология: Учебник. 2-е изд., перераб, и доп. / Под ред. Э.Г. Улумбекова, Ю./ Челышева. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2002. – 672 с: ил.

Характеристики

Список файлов курсовой работы