Mellemfilamenter er en karakteristisk struktur for eukaryote celler. De er selvmonterende og kjemisk motstandsdyktige. Strukturen og funksjonene til mellomfilamenter bestemmes av egenskapene til bindinger i proteinmolekyler. De tjener ikke bare til å danne cellestillaset, men sikrer også samspillet mellom organeller.
Generell beskrivelse
Filamenter er filamentøse proteinstrukturer som tar del i konstruksjonen av cytoskjelettet. I henhold til diameteren er de delt inn i 3 klasser. Mellomfilamenter (IF) har en gjennomsnittlig tverrsnittsverdi på 7-11 nm. De inntar en mellomposisjon mellom mikrofilamenter Ø5-8 nm og mikrotubuli Ø25 nm, som de har fått navnet sitt for.
Det finnes 2 typer av disse strukturene:
- Lamine. De er i kjernen. Alle dyr har laminære filamenter.
- Cytoplasmatisk. De er lokalisert i cytoplasmaet. Tilgjengelig i nematoder, bløtdyr, virveldyr. I sistnevnte kan noen typer celler være fraværende (for eksempel i gliaceller).
Location
Mellomfilamenter er et av hovedelementene i cytoskjelettet til levende organismer hvis celler inneholder kjerner (eukaryoter). Prokaryoter har også analoger av disse fibrillære strukturene. De finnes ikke i planteceller.
De fleste av filamentene er lokalisert i den perinukleære sonen og bunter av fibriller, som er plassert under plasmamembranen og strekker seg fra midten til kantene av cellene. Det er spesielt mange av dem hos de artene som utsettes for mekanisk stress - i muskler, epitel og også i cellene til nervefibre.
Proteintyper
Som studier viser, skilles proteinene som utgjør de mellomliggende filamentene avhengig av celletypen og differensieringsstadiet. De er imidlertid alle relatert.
Intermediære filamentproteiner er delt inn i 4 typer:
- Keratiner. De danner polymerer fra to undertyper - sure og nøytrale. Molekylvekten til disse forbindelsene varierer fra 40.000-70.000 amu. m. Avhengig av vevskilden kan antallet ulike heterogene former for keratiner nå flere titalls. De er delt inn i 2 grupper etter isoform - epitelial (den mest tallrike) og kåte, som utgjør hår, horn, negler og fjær til dyr.
- I den andre typen kombineres 3 typer proteiner som har nesten samme molekylvekt (45 000-53 000 amu). Disse inkluderer: vimentin (bindevev, plateepitelceller,fôr overflaten av blod og lymfekar; blodceller) desmin (muskelvev); periferin (perifere og sentrale nevroner); glialfibrillært surt protein (svært spesifikt hjerneprotein).
- Neurofilamentproteiner som finnes i neuritter, sylindriske prosesser som bærer impulser mellom nerveceller.
- Proteiner fra kjernefysisk lamina som ligger under kjernemembranen. De er forløperne til alle andre PF-er.
Mellomfilamenter kan bestå av flere typer av stoffene ovenfor.
Properties
Karakteristikkene til PF bestemmes av følgende funksjoner:
- stort antall polypeptidmolekyler i tverrsnitt;
- sterke hydrofobe interaksjoner som spiller en viktig rolle i sammenstillingen av makromolekyler i form av en vridd superspole;
- dannelse av tetramere med høy elektrostatisk interaksjon.
Som et resultat får de mellomliggende filamentene egenskapene til et sterkt vridd tau - de bøyer seg godt, men går ikke i stykker. Når de behandles med reagenser og sterke elektrolytter, er disse strukturene de siste som går i løsning, det vil si at de er preget av høy kjemisk stabilitet. Så, etter fullstendig denaturering av proteinmolekyler i urea, kan filamentene settes sammen uavhengig. Proteiner introdusert fra utsiden blir raskt integrert i den allerede eksisterende strukturen til disse forbindelsene.
Structure
Ved sin struktur er mellomfilamenter ikke-forgrenendepolymerer som er i stand til både dannelse av makromolekylære forbindelser og depolymerisering. Deres strukturelle ustabilitet hjelper cellene med å endre form.
Til tross for at filamentene har en variert sammensetning etter type proteiner, har de samme strukturplan. I midten av molekylene er det en alfa-helix, som har formen av en høyrehendt helix. Det dannes av kontakter mellom hydrofobe strukturer. Strukturen inneholder 4 spiralsegmenter atskilt av korte ikke-spiraldeler.
I endene av alfahelixen er domener med en ubestemt struktur. De spiller en viktig rolle i filamentmontering og interaksjon med celleorganeller. Deres størrelse og proteinsekvens varierer mye mellom forskjellige IF-arter.
Byggeprotein
Hovedbyggematerialet for PF er dimerer - komplekse molekyler sammensatt av to enkle. Vanligvis inkluderer de 2 forskjellige proteiner forbundet med stavformede strukturer.
Den cytoplasmatiske typen filamenter består av dimerer som danner tråder 1 blokk tykke. Siden de er parallelle, men i motsatt retning, er det ingen polaritet. Disse dimere molekylene kan senere danne mer komplekse molekyler.
Functions
Hovedfunksjonene til mellomfilamenter er som følger:
- sikre den mekaniske styrken til celler og deres prosesser;
- tilpasning til stressfaktorer;
- deltakelse ikontakter som gir en sterk forbindelse av celler (epitel- og muskelvev);
- intracellulær distribusjon av proteiner og organeller (lokalisering av Golgi-apparatet, lysosomer, endosomer, kjerner);
- deltakelse i lipidtransport og signalering mellom celler.
PF påvirker også mitokondriefunksjonen. Som laboratorieeksperimenter på mus viser, hos de individene som mangler desmin-genet, blir det intracellulære arrangementet av disse organellene forstyrret, og selve cellene er programmert for en kortere levetid. Som et resultat reduseres oksygenforbruket i vevet.
På den annen side bidrar tilstedeværelsen av mellomfilamenter til en reduksjon i mitokondriell mobilitet. Hvis vimentin er kunstig introdusert i cellen, kan IF-nettverket gjenopprettes.
Medisinens betydning
Brudd i syntese, akkumulering og struktur av PF fører til fremveksten av noen patologiske tilstander:
- Danning av hyaline dråper i cytoplasmaet til leverceller. På en annen måte kalles de Mallory-kropper. Disse strukturene er IF-proteiner av epiteltypen. De dannes ved langvarig eksponering for alkohol (akutt alkoholisk hepatitt), samt et brudd på metabolske prosesser i primær hepatocellulær leverkreft (hos pasienter med viral hepatitt B og skrumplever), med stagnasjon av galle i leveren og galleblæren. Alkoholholdig hyalin har immunogene egenskaper, som forhåndsbestemmer utviklingen av systemisk patologi.
- Når gener muterer,ansvarlig for produksjonen av keratiner, oppstår en arvelig hudsykdom - epidermolysis bullosa. I dette tilfellet er det et brudd på vedlegget av det ytre laget av huden til kjellermembranen som skiller det fra bindevevet. Som et resultat dannes erosjon og bobler. Huden blir veldig følsom for den minste mekaniske skade.
- Danning av senile plakk og nevrofibrillære floker i hjerneceller ved Alzheimers sykdom.
- Noen typer kardiomyopati assosiert med overdreven akkumulering av PF.
Vi håper at artikkelen vår svarte på alle spørsmålene dine.
