Srednji filamenti: opis, struktura, funkcije i karakteristike

Srednji filamenti su karakteristična struktura eukariotskih ćelija. Imaju sposobnost samosastavljanja i hemijski su stabilni. Struktura i funkcije srednjih niti određene su posebnostima veza u molekulima proteina. Oni služe ne samo za formiranje ćelijskog okvira, već pružaju i interakciju organela.

Opći opis

Filamenti su filamentne proteinske strukture koje učestvuju u izgradnji citoskeleta. Prema prečniku, podijeljeni su u 3 klase. Srednji filamenti (PF) imaju prosječnu vrijednost presjeka od 7-11 nm. Zauzimaju srednji položaj između mikrofilamenata Ø5-8 nm i mikrotubula Ø25 nm, po kojima su i dobili ime.

Postoje 2 vrste ovih struktura:

• Laminaceous. Oni su u jezgru. Sve životinje imaju lamin filamente.
• Citoplazmatski. Smješteni su u citoplazmi. Postoje nematode, mekušci, kičmenjaci. U potonjem, u nekim vrstama ćelija, lokacija, struktura i funkcije mogu izostati (na primjer, u glijalnim ćelijama).

Srednji filamenti jedan su od glavnih elemenata citoskeleta živih organizama čije ćelije sadrže jezgre (eukariote). Prokarioti također imaju analoge ovih fibrilarnih struktura. Ne nalaze se u biljnim ćelijama.

Većina filamenata nalazi se u perinuklearnoj zoni i snopovima fibrila, koji se nalaze ispod plazma membrane i protežu se od centra do ivica ćelija. Posebno ih ima kod onih vrsta koje su izložene mehaničkom stresu – u mišićima, epitelu, kao i u ćelijama nervnih vlakana.

Vrste proteina

Studije pokazuju da se proteini koji čine srednje niti razlikuju ovisno o vrsti stanica i stupnju njihove diferencijacije. Međutim, svi su povezani.

Proteini srednjih filamenata podijeljeni su u 4 vrste:

1. Keratini. Formiraju polimere dva podtipa – kiselog i neutralnog. Molekulska težina ovih jedinjenja varira u rasponu od 40.000 -70.000 A. . . U zavisnosti od izvora tkiva, broj različitih heterogenih oblika keratina može dostići nekoliko desetina. Podijeljeni su u 2 grupe po izoformi-epitelnom (najbrojnijem) i rožnatom, koji se sastoje od dlake, rogova, noktiju i perja životinja.
2. U drugom tipu, 3 vrste proteina su kombinovane, sa skoro istom molekulskom težinom (45.000 -53.000 a. . m.). To uključuje: vimentin (vezivno tkivo, ravne ćelije koje oblažu površinu krvnih i limfnih sudova; krvne ćelije); desmin (mišićno tkivo); periferin (periferni i centralni neuroni); protein glijalne fibrilarne kiseline (visoko specifični protein mozga).
3. Neurofilamentni proteini pronađeni u neuritima – cilindričnim procesima kroz koje impulsi prolaze između nervnih ćelija.
4. Proteini nuklearne lamine u osnovi nuklearne membrane. Oni su preteča svih ostalih PF.

Intermedijarni filamenti mogu se sastojati od nekoliko vrsta gore navedenih supstanci.

Karakteristike

Karakteristike PF-a određene su njihovim sljedećim karakteristikama:

• veliki broj polipeptidnih molekula u presjeku;
• jake hidrofobne interakcije koje igraju važnu ulogu u sklapanju makromolekula po tipu upletenih superspirala;
• formiranje tetramera sa visokom elektrostatičkom interakcijom.

Kao rezultat toga, srednji filamenti stječu svojstva jakog upletenog konopa – dobro se savijaju, ali ne kidaju. Kada se tretiraju reagensima i jakim elektrolitima, ove strukture posljednje prelaze u rastvor, odnosno odlikuje ih visoka hemijska stabilnost. Dakle, nakon potpune denaturacije proteinskih molekula u urei, filamenti mogu sakupljajte samostalno. Proteini uvedeni spolja brzo se integrišu u već postojeću strukturu ovih jedinjenja.

Struktura

Po svojoj strukturi, srednji filamenti su ne-razgranati polimeri koji su sposobni i za formiranje visokomolekularnih jedinjenja, i depolimerizacija. Njihova strukturna nestabilnost pomaže ćelijama da promijene svoj oblik.

Uprkos činjenici da filamenti imaju raznolik sastav prema vrsti proteina, imaju isti plan strukture. U centru molekula postoji alfa spirala, koja ima oblik desne uvijene spirale. Nastaje uslijed kontakata između hidrofobnih struktura. U njegovoj strukturi postoje 4 spiralna segmenta odvojena kratkim ne-spiralnim presjecima.

Na krajevima alfa spirale nalaze se domene neodređene strukture. Oni igraju važnu ulogu u sklapanju filamenata i interakciji sa ćelijskim organelama. Njihova veličina i slijed proteina uvelike se razlikuju među različitim vrstama PF.

Građevinski Proteini

Glavna zgrada materijal za PF su dimeri-složeni molekuli sastavljeni od dva jednostavna. Obično uključuju 2 različita proteina međusobno povezana strukturama u obliku štapa.

Citoplazmatski tip filamenata sastoji se od dimera koji formiraju filamente debljine 1 bloka. Budući da su smješteni paralelno, ali u suprotnom smjeru, nema polariteta. Od ovih dimernih molekula mogu se naknadno formirati složeniji.

Funkcije

Glavne funkcije međufilamenata su sljedeće:

• osiguravanje mehaničke snage ćelija i njihovih procesa;
• prilagođavanje stresnim faktorima;
• uključen u kontakte koji osiguravaju jaku vezu ćelija (epitelno i mišićno tkivo);
• unutarćelijska distribucija proteina i organela (lokalizacija Golgijevog aparata, lizosomi, endosomi, jezgre);
• učešće u transportu lipida i prenosu signala između ćelija.

PF takođe ima uticaj na funkciju mitohondrija. Kao što pokazuju laboratorijski eksperimenti na miševima, kod onih osoba koje su lišene gena desmin, intracelularni raspored ovih organela je poremećen, a same ćelije su programirane za kraći životni vijek. Kao rezultat , potrošnja kiseonika po tkivima se smanjuje.

S druge strane, prisutnost srednjih niti pomaže u smanjenju pokretljivost mitohondrija. Ako se vimentin umjetno ubrizgava u ćeliju, tada se PF mreža može obnoviti.

Značaj u medicini

Kršenja sinteze, akumulacije i strukture PF dovodi do pojave nekih patoloških uslova:

1. Formiranje hijalinskih kapljica u citoplazmi ćelija jetre. Na drugi način se zovu Malloryjeva tijela. Ove strukture su PF proteini epitelnog tipa. Nastaju pod produženim uticajem alkohola (akutni alkoholni hepatitis), kao i kao rezultat metaboličkih poremećaja kod primarnog hepatocelularnog karcinoma jetre (kod pacijenata sa virusnim hepatitisom B i cirozom), sa stagnacijom žuči u jetri i žučnoj kesi. Alkoholni hijalin ima imunogena svojstva, što predodređuje razvoj sistemske patologije.
2. Mutacijama gena odgovornih za proizvodnju keratina javlja se nasljedna kožna bolest-buloza epidermolize. U ovom slučaju dolazi do kršenja vezivanja vanjskog sloja kože za bazalnu membranu koja je odvaja od vezivnog tkiva. Kao rezultat, formiraju se erozije i mjehurići. Koža postaje veoma osetljiva na najmanja mehanička oštećenja.
3. Formiranje senilnih plakova i neurofibrilarnih klupka u ćelijama mozak kod Alzheimerove bolesti.
4. Neke vrste kardiomiopatije povezane sa prekomjernom akumulacijom PF.

Nadamo se da je naš članak odgovorio na sva vaša pitanja.