Микрофиламенты
G-актин
мономер G-актин (глобулярный актин)- ассиметричный
(42кДа) состоит из двух доменов, по мере повышения ионной
силы агрегирует в скрученный в спираль полимер F-актин (фибриллярный
актин).
G-актин имеет участки связывания двухвалентных катионов
и нуклеотидов в физиологических условиях занятые Mg2+
и ATP.
Полимеризация G-актина в F-актин
F-актин обладает полярностью (+) и (-) имеющих
различные свойства.
Молекула G-актина несет прочно связанную АТФ, который при
переходе в F-актин медленно гидролизуется до АДФ – проявляет
свойства АТФ-азы Полимеризация сопровождается гидролизом
АТФ, что не необходимо т.к. полимеризация идет и в присутствии
негидролизуемых аналогов АТФ
Полимеризация состоит из нескольких процессов: нуклеация,
элонгация, диссоциация,
фрагментация, стыковка.
Эти процессы протекают одновременно.
Нуклеация – соединение трех G-актинов –
инициация полимеризации.
Элонгация - наращивание цепи актина путем
присоединения G-актина к (+)-концу F-актина.
Диссоциация - укорачивание цепи. Деполимеризация
актина имеет одинаковую скорость с обоих концов
Фрагментация - в результате теплового движения
F-актин может фрагментироваться.
Стыковка - отдельные фрагменты могут соединяться
друг с другом конец в конец.
При конценрации G>F – одновременно происходит полимеризация
(+) и (–) конца.
Если G<F – происходит полимеризация (+) и деполимеризация
(–)-конца – тредмиллинг – движение F-актина
за счет одновременного наращивания (+)-конца и диссоциации
(-)-конца. При G ~ F – динамическое равновесие - происходит
полимеризация (+) и деполимеризация (–)-конца с затратой
энергии ATP G-актин связ с ATP и полимеризуясь гидролизует
ATP.при критических конц G-актина (+) конец удлиняется,
а (-) – укорачивается
Актиновые микрофиламенты
F-актин – фибриллярный, длина оборота спирали 37
нм, d=6-8нм.
Актинсвязывающие белки
Более 50 белков в цитоплазме связываются с актином выполняя
различные функции: регулируют объем G-актинового пула (профилин),
влияют на скорость полимеризации (виллин), стабилизируют
концы нитей (фрагин, а-актинин), сшивают филаменты др с
др или с др компонентами (виллин, α-актин, спектрин,
MARCKS, фимбрин), разрушают двойную спираль F-актина (гельзолин).
Активность этих белков регулируется Ca2+ и протеинкиназами.
Имеется пять мест действия белков: с мономером
актина, с (+)-концом (оперенный), с (-)-концом (заостренный),
с боковой поверхностью. Актин-связывающие белки могут быть
чувствительны или нечувствительны к Ca2+
1. Белки связывающиеся c мономером актина - подавляют нуклеацию
(профилин, фрагментин - чувствительны к Ca2+).
Профилин с мономером способны надстраивать F-актин, а фрагментин
нет, блокируя и нуклеацию и элонгацию. Не чувствительные
к Ca2+ ДНКазаI и белок связывающийся с витамином
D - функционируют вне клетки.
2. Кепирующие(+)-конец может быть блокирован кепирующими
белками - блокирование элонгации и стыковки, способствуют
нуклеации - появление укороченных филаментов (гельзолин,
виллин, фрагмин)
3. (-)-конец - инициирование нуклеации, подавление стыковки
и элонгации - увеличение числа и уменьшение длины фрагментов.
Акументин в макрофагах, бревин - сывороточный белок вызывает
быстрое снижение вязкости раствора F-актина. Оба белка не
чувствительны к Ca2+
4. Не сшивающие - боковое связывание может как стабилизировать
так и дестабилизировать F-актин Тропомиозин (Ca-независим)
стабилизирует, северин, виллин (Ca-зависим) - связываясь
с F-актином разрезают его.
5. Сшивающие F-актин между собой с образованием геля. Такие
белки индуцируют нуклеацию. Такие белки димерны или имеют
два актин-связывающих домена. α-актин тромбоцитов,
виллин, фимбрин, актиногелин из макрофагов (Ca-независим).
кэпирующие белки - закрывают концы актиновых
филаментов, предотвращая полимеризацию-деполимеризацию,
способствуют прикреплению филамента к мембране.
фаллоидин – яд бледной поганки, связывается
с (-)-концом и ингибирует деполяризацию.
цитохалазин – токсин плесневых грибов присоединяется
к (+) концу, блокируя полимеризацию.
кэпирующие-фрагментирующие белки - фрагментируют
F-актин, вызывая переход геля в золь (гельзолин 90kD активируясь
Ca2+ 10-6M разрывает F-актин и связывается с его концами).
белки связывающие F-актин
белок | M, kD | рис. | локализация и действие на F-актин |
фасцин | 55 | филлоподии, ламелоподии, стресс-фибриллы, микроворсинки, акросома |
|
тропомиозин | 2x35 | стабилизирует F-актин, предотвращая фрагментацию | |
миозин | 2x260 | скольжение нитей | |
минимиозин | 150 | движение пузырьков | |
профилин | 15 | запасение G-актина | |
скруин | 102 | акросома | |
вилин | 92 | микроворсинки | |
дематин | 48 | кортикальная сеть эритроцитов | |
фимбрин | 68 | адгезион. контакты, микроворсинки связ в пучки | |
актинин | 2x102 | адгез контакты, микроворсинки связ в пучки | |
спектрин | 2x265+2x260 | кортик сеть эритроц прикрепление к ПМ | |
дистрофин | 427 | корт.сеть мыш волокон | |
ABP120 | 92 | псевдоподии | |
филамин | 2x280 | псевдоподии, стрессфибриллы сшивает в сети |
Структуры образуемые актином
Клеточный кортекс – сеть из актиновых филаментов
под плазматической мембраной.
Филлоподии
Стресс-фибриллы - образуются, когда у клетки есть
возможность прикрепиться к субстрату