Каппуччинелли - Подвижность живых клеток - 1982 (947289), страница 12
Текст из файла (страница 12)
и. Это означает, что, подобно цитоплазматическим микротрубочкам, микрофиламенты немышечных клеток представляют собой изменяемые структуры, способные к самосборке или деполимеризации на составляющие их молекулы в зависимости от нужд клетки. Морфологию микрофиламентов и их поведение в процессе клеточного движения и цикла развития клетки много изучали на культуре животных кдеток с помощью флуоресцирующих антител против актина, а также против других белков (миозин, тропомиозин и а-актинии), которые часто обнаруживаются в микрофиламентах (84, 86).
Когда клетки находятся в состоянии покоя и прикреплены к стенкам сосуда, в котором живут, в иих можно наблюдать длинные пучки микрофиламеитов, тянущиеся сквозь всю клетку, по-видимому, непосредственно под клеточной мембраной. В «возбужденные» выступы клетки с нестабильными,как бы волнующимисякраями они обычно не заходят. Пучки микрофиламентов называются стрессовыми волокнами; они типичны для нормальных клеток и отсутствуют в клетках, трансформированных онкогенными вирусами. Когда клетки движутся, в дополнение к стрессовым волокнам появляются тонкие пучки актиновых нитей, рассеянные в цитоплазме; они особенно заметны в направленных вперед выступах клеток. В процессе деления клетки флуоресцеиция сосредоточена в митотическом веретене, причем картина 3.
Системы подвижности эуквриотических клеток 69 х и *х х х с" х 1 х Ю О о ( у о х и х 3 х 4о ох ах хх о хе ох ох ах о х ;,о х О а се Я ми О хи и о о о ее распределения удивительно похожа на ту, которую создают антитубулиновые антитела в тех же условиях. Когда дочерние клетки расходятся, мнкрофиламенты собираются в области тяжа, соединяющего дочерние клетки; там они образуют сократимое кольцо, обеспечивающее разделение клеток (рис.
3.13). Приведенное описание дает представление о том, как в соответствии с фазами клеточного цикла может изменяться пространственная организация микрофнламентов. Существуют, однако, и такие клетки, в которых микрофиламенты образуют стабильные структуры, — их форма и относительное расположение в них микрофиламентов меняются редко. Не говоря уже о мышечных клетках (им посвящена особая книга в этой серии, поэтому мы не будем их рассматривать), хороший пример стабильной конструкции из микрофиламентов — длинные пальцеобразные выросты клеток кишечного эпителия (так называемые микроворсинки; они есть и во многих других животных клетках).
В каждой микроворсинке пучок микрофиламентов идет параллельно оси ворсинки — от ее кончика, к которому он прикреплен, вдоль оси к клеточной мембране, [100). Стабильные пучки актиновых нитей можно обнаружить также в таких хорошо изученных объектах, как сперматозоиды иглокожих и ооциты морского ежа [157). Исследование микрофиламентов в сперме МуЯиз и в ооцитах морского ежа методами оптической днфракции и трехмерной реконструкции показало, что микрофнламенты в каждом пучке имеют правильную гексагональную упаковку и в определенном порядке соединены поперечными мостиками, так что каждый пучок представляет собой паракристаллическую структуру [37). Это удивительно похоже на организацию микротрубочек в аксостилд жгутиковых.
В электронный микроскоп нечасто можно увидеть, что актиновые нити в немышечных клетках связаны с более толстыми и короткими нитями миозина (они обычно имеют 8 — 9 нм в диаметре и 300 нм в длину), белка, который взаимодействует с актином при генерации движения. Электронно-микроскопических данных о миозиновых нитях в немышечных клетках мало, видимо, потому, что на тонких срезах такие толстые нити увидеть 3.7.1. Свойства актинов немышечных клеток 70 3. Системы подвижности эукариотических клеток трудно.
Если же обработать микрофиламенты антителами против миозина, то хорошо видна диффузная флуоресценция, указывающая на то, что миозин действительно присутствует'. Флуоресцирующие антитела против других белков сократительной системы также выявляют характерную периодичность цитоплазматических микрофиламентов; так, например, участки связывания антител против а-актиннна и тропомиозина в мнкрофиламентах чередуются, демонстрируя присутствие этих двух белков, Считается, что микрофиламенты в немышечных клетках выполняют в основном две функции.
Их классическая роль — генерировать движение; в частности, их считают ответственными за амебоидное движение,. С другой стороны, сокращение микрофиламентов может служить источником силы для различных видов клеточной активности: изменения формы клетки, токов цитоплазмы, движения клеточных органелл, фагоцитоза, секреторной активности, деления клетки и регуляции распределения белков в мембранах. Однако накапливаются данные о том, что микрофиламенты играют также роль цитоскелета: жесткие пучки этих волокон могут поддерживать определенную форму клетки (32, 801 3.7. Состав микрофиламеитов Чтобы лучше понять динамику микрофиламентов и их функцию в движении немышечной клетки, мы рассмотрим те биохимические свойства составляющих их белков, которые имеют наиболее прямое отношение к этим вопросам. ' Аналогичная ситуация в некоторых гладкомышечных клетках навела на мысль о самосборке миозиновых нитей в этих клетках непосредственно перед развитием сократительной реакции.
— Прахе рсд. перевода. 3. Системы подвижности эукариотических клеток 71 Лктин широко распространен во всех эукариотических клетках. Его можно обнаружить как в растворимой мономериой форме, так и в полимерной — в виде фила- ментов (рис. 3.14). В некоторых активно передвигающихся клетках (амебы, макрофагн, тромбоциты) актин преобладает среди белков клеточного экстракта:,его содержание может достигать 20 — 30е/о от общего белка. В менее подвижных клетках содержание актина замЕтно меньше — 1 — 2о1а от общего белка.
Однако если вспомнить, что в эукариотяческой клетке одновременно присутствуют многие тысячи различных белков, то такое небольшое количество весьма существенно. Благодаря относительно высокому его содержанию актив удается выделить из клеточных систем. Более или Рис. ЗЛ4. Электронные микрофотографии микрофиламентов, образованных 1п тпго актином из мозга телят: а — нормальные микрофнламенты; б — после обработки тяжелым меромиозином, который специфически связывается с актиновыми микрофиламентами. Негативное окрашивание, Х120000.
(Снимки любезно предоставлены д-ром Сь Мопасо.) 3. Системы подвижности эукариотических клеток 73 72 3. Системы подвижности эукериотических клеток менее полно изучено уже около 30 различных актинов из клеток самых разных типов — от миксамеб слизистых грибов до клеток человека. Актин можно очистить обычными методами разделения белков — ионообменной хроматографией и гель- фильтрацией [144). Для многих исследований вполне достаточна аффинная хроматография супернатанта, полученного после высокоскоростного цеитрифугирования клеточного экстракта, на агарозных гранулах с ковалентно связанной ДНКазой 1. Актин имеет большое сродство к ДНКазе 1 и сорбируется на агарозных гранулах, после чего его легко элюировать соответствующим буфером [85).
Сродство к ДНКазе 1 — хорошо известное свойство актина; он образует с этим ферментом прочный, лишенный ферментативной активности комплекс. Физиологическое значение этой реакции остается, однако, неизвестным [68). Все изученные актины очень сходны по мол. массе (всегда около 42 000), электрофоретической подвижности, аминокислотному составу (у всех актинов есть необычная аминокислота — И-метилгистидин; ее роль в молекуле неизвестна), по способности связывать адениновые нуклеотиды в эквимолярных соотношениях и по способности к полимеризации [80).
Что касается последовательности аминокислот, у актинов из разных источников обнаруживаются небольшие, иногда только в одном аминокислотном остатке, но существенные различия. Различия в химическом составе выявлены у актинов не только из разных организмов, но и из различных тканей одного и того же организма. Более того, показано, что даже в одной и той же клетке могут существовать одновременно активы различных типов. Разницу между ними трудно уловить — требуется сочетание двух высокоэффективных методов разделения: изоэлектрофокусировки (при этом белки разделяются в соответствии с их изоэлектрическими точками) и электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия (белки разделяются в зависимости от размера молекулы и суммарного заряда).
Такой комплексный подход позволил идентифицировать три типа актина, которые получили название а-, !1- и у-актин. Кроме того, мо- гут присутствовать,еще две нестабильные формы этого белка. а-Актин свойствен полностью дифференцированной мышечной ткани, 8- и у-актин — большинству изученных немышечных клеток; в культуре миобластов обнаруживаются все три типа актина. Поскольку были изолированы мРНК для каждого из этих актинов, можно заключить, что в клетке есть по крайней мере три различных актиновых гена и их экспрессия строго контролируется в соответствии с типом клетки [70, !51].
3.7.2. Белки, взаимодействующие с актином Актин, как известно, взаимодействует со многими белками. В зависимости от того, какой из белков вступает во взаимодействие с актином, результаты могут быть самыми разными: либо генерируется движение, либо меняется процесс полимеризации актина, либо образуются связующие мостики, не исключено также влияние на какие-то звенья метаболизма.
Чаще всего обнаруживают взаимодействие актина с миозином. Свойства миозина из мышечных волокон изучены гораздо более полно, чем миозина из цемышечных клеток. Миозин можно определять по его ферментативной (аденозинтрифосфатазной) активности, обычно усиливаемой актином, и по его способности взаимодействовать с ним [321. Стимулирующий эффект актииа зависит от присутствия определенных ионов, поэтому различные миозины можно классифицировать как Са'+, Мат+- или К+-зависимые АТРазы. Что касается структуры, большинство изученных немышечных миозинов состоит из двух тяжелых полипептидных цепей с мол. массой около 200000 каждая и двух пар легких цепей (мол.
масса 17000 и 20000); в результате мол. масса миозина составлцет около 500000. В молекуле миозина хорошо различаются две области. Одна из них, так называемый стержень, или «хвост», состоит из а-спиральных участков двух тяжелых цепей, свитых в суперспираль; стержневые части миозиновых молекул способны связываться друг с другом с образованием биполярных молекулы миозика похимериэацив миоэиповоя кшпь „волова" молвкульг „хвост'молекулы АТРаэкий цгкмр мяжвлые цели ц кжг гкчвЭвг к к аг'л.
х г -лггю цеги 74 3. Системы подвижности эукариотических 'клеток Рис. Зпб. Образование биполярных нитей миозииа. Рис. Здб. Схематическое изображение молекулы обычного миозииа (ввврху) и миозина из Асапйатоеба (вкизу), нитей (рис. 3.15). На одном конце стержня находятся две «головки»', в каждой из которых, есть центр связывания с актином и центр АТРазной активности. Легкие цепи связаны с головками. Миозин с другой структурой, названный миозин 1, обнаружен у почвенной амебы Аеап1Ьатоеда саз(е11ап(. Особенность этого белка в том, что в его молекуле толь- ' Каждая из глобулярных головок соединяется со стержнем с помощью гибкой полипептидной цепи, что имеет существенное значение для генерации движения.— Прим рвд, перевода.
3. Системы подвижности эукарнотических клеток 75 ко одна тяжелая цепь с мол. массой 140000 и две легкие цепи (14000 и 16000) (рнс. 3.16)'. Миозин 1 не образует биполярных нитей и активируется актином только в присутствии кофактора 1118, 119]. Из той же амебы недавно выделили другой миозин (мнозин П). Он больше похож на обычный: может образовывать биполярные нити и имеет две головки с АТРазной активностью (120). Мйа+-зависимая стимуляция АТРазной активности мнознна активом в случае некоторых немышечных миозинов требует предварительного фосфорилирования легкой цепи специальной протеинкиназой, переносящей ФосФат от донорной молекулы к легкой цепи 20000.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
