AKTIN: ÖZELLIKLER, YAPI, FILAMENTLER, IŞLEV - BIYOLOJI - 2025

Aktin mikrofilamanlar oluşturan bir sitosolik protein olan. Ökaryotlarda aktin en bol bulunan proteinlerden biridir. Örneğin, kas hücrelerindeki toplam proteinin ağırlıkça% 10'unu temsil eder; ve kas dışı hücrelerdeki proteinin% 1 ila 5'i.

Bu protein, ara filamentler ve mikrotübüllerle birlikte hücre iskeletini oluşturur ve temel işlevi hücrenin hareketliliği, hücre şeklinin korunması, hücre bölünmesi ve organellerin bitkilerde, mantarlarda ve hayvanlarda hareketidir.

Kaynak: Sarcomere.svg: David Richfield (Slashme kullanıcısı) türev çalışması: Retama

Aktin hücre iskeletinin izoformları, düz kasta aktif gerilim gelişiminin düzenlenmesi, hücre döngüsü, embriyo gelişimi, doku gelişimi ve yara iyileşmesi gibi farklı işlevlere sahiptir.

Evrimsel bir bakış açısından, aktin yüksek oranda korunmuş bir proteindir. Farklı türlerde yaklaşık% 90 sekans homolojisi vardır. Tek hücreli organizmalarda, tek bir gen bir aktin izoformunu kodlar. Oysa çok hücreli organizmalarda, farklı genler, çok sayıda aktin izoformunu kodlar.

Aktin, miyozinle birlikte, ökaryotik organizmaların evrimsel evriminde ve çeşitlendirilmesinde önemli yapılardı, çünkü bunlar flagella ve silia gibi diğer yapıların yokluğunda harekete izin verdiler.

Yapısı: aktin filamentleri

Aktin, küresel tek zincirli bir polipeptit proteinidir. Kasta aktin, yaklaşık 42 KDa'lık bir moleküler kütleye sahiptir.

Bu proteinin iki alanı vardır. Her birinin iki alt alanı ve alanlar arasında bir boşluğu vardır. ATP - Mg ⁺² , yarığın dibine bağlanır. Amino ve karboksil terminalleri alt alan 1'de buluşur.

Aktin G ve aktin F

İki ana aktin formu vardır: G-aktin adı verilen aktin monomeri; ve F-aktin adı verilen G-aktin monomerlerinden oluşan ipliksi bir polimer Elektron mikroskobu ile gözlemlenen aktin filamentleri, sırasıyla 7 nm ve 9 nm çapında dar ve geniş bölgelere sahiptir.

Filament boyunca aktin monomerleri, sıkıca paketlenmiş bir çift sarmal oluşturur. Filament boyunca tekrar eden bir birim, 13 sarmal ve 28 aktin monomerinden oluşur ve 72 nm'lik bir mesafeye sahiptir.

Aktin filamentinin iki ucu vardır. Biri, filamanın tüm aktin monomerlerinde (-) uç adı verilen aynı yönde bulunan ATP - Mg ⁺ 2'yi birleştiren boşluktan oluşur ; ve diğer uç, (+) uç adı verilen bunun tersidir. Bu nedenle aktin filamentinin polariteye sahip olduğu söylenir.

Bu bileşenler, hücre iskeletinin en küçük çapa sahip bileşenleri oldukları için genellikle mikrofilamentler olarak bilinir.

Aktini nerede buluruz?

Aktin, ökaryotik organizmalarda oldukça yaygın bir proteindir. Tüm hücresel proteinler arasında aktin, hücre tipine bağlı olarak yaklaşık% 5-10'unu oluşturur. Karaciğerde, örneğin, onu oluşturan hücrelerin her biri yaklaşık 5,10 olan ⁸ aktin molekülleri.

karakteristikleri

İki aktin formu, monomer ve filament, polimerizasyon ve depolimerizasyon arasında sürekli olarak dinamik bir denge içindedir. Genel olarak, bu fenomenin üç belirgin özelliği vardır:

1) Aktin filamentleri, kas dokusunun yapısı ve ökaryotik hücrelerin hücre iskeleti için tipiktir.

2) Polimerizasyon ve depolimerizasyon, düzenlenmiş dinamik bir süreçtir. G - ATP - Mg ⁺² aktin monomerlerinin polimerizasyonu veya agregasyonu her iki uçta meydana geldiğinde. Bu sürecin gerçekleşip gerçekleşmediği, ortam koşullarına ve düzenleyici proteinlere bağlıdır.

3) Aktin hücre iskeletini oluşturan demetlerin ve retiküllerin oluşumu, hücre hareketliliğine güç verir. Bu, çapraz bağların oluşumunda rol oynayan proteinlere bağlıdır.

Özellikleri

Kas kasılması

İskelet kasının fonksiyonel ve yapısal birimi, iki tip filamenti olan sarkomerdir: aktin tarafından oluşturulan ince filamentler ve miyozin tarafından oluşturulan kalın filamentler. Her iki filament de dönüşümlü olarak, geometrik bir şekilde düzenlenmiştir. Kas kasılmasına izin verirler.

İnce filamentler, Z diskleri adı verilen bölgelere tutturulur Bu bölge, içinde CapZ proteininin bulunduğu ve aktin filamanlarının uçlarının (+) sabitlendiği bir lif ağından oluşur. Bu ankraj (+) ucunun depolimerizasyonunu önler.

Öte yandan tropomodulin, aktin filamentlerinin uçlarında (-) bulunur ve bunları depolimerizasyondan korur. Aktine ek olarak, ince filamentler, aktomiyosin etkileşimlerini kontrol etme işlevi gören tropomiyosin ve troponin içerir.

Kas kasılması nasıl gerçekleşir?

Kas kasılması sırasında, kalın filamentler, ince telleri sarkomerin ortasına doğru çekerek döner hareketler gerçekleştirir. Bu, kaba ve ince liflerin kaymasına neden olur.

Bu nedenle, kalın ve ince filamentlerin uzunluğu sabit kalır, ancak her iki filament arasındaki örtüşme artar. İnce filamentlerin Z disklerine ankrajı nedeniyle sarkomerin uzunluğu azalır.

Kas kasılmasını nasıl durdurursunuz?

ATP, hücrenin enerji para birimidir. Bu nedenle, neredeyse her zaman canlı kas dokularında bulunur. Yukarıdakileri dikkate alarak, kas gevşemesine ve kasılmaların durdurulmasına izin veren mekanizmalar olmalıdır.

Tropomiyosin ve troponin adı verilen iki protein, bu fenomende temel bir rol oynar. Bunlar, miyozinin bağlanma bölgelerini bloke etmek için birlikte çalışırlar (böylece aktine bağlanmasını önler). Sonuç olarak kas gevşer.

Tersine, bir hayvan öldüğünde, sert ölüm olarak bilinen bir fenomen yaşar. Karkasın bu sertleşmesinin sorumlusu, hayvanın ölümünden kısa bir süre sonra miyozin ve aktin arasındaki etkileşimin engellenmesidir.

Bu fenomenin sonuçlarından biri, iki protein molekülünün salınması için ATP'ye ihtiyaç duyulmasıdır. Mantıksal olarak, ölü dokularda ATP mevcudiyeti yoktur ve bu salınım gerçekleşemez.

Diğer hareket türleri

Tanımladığımız aynı mekanizma (daha sonra hareketin altında yatan mekanizmaya değineceğiz) hayvanlardaki kas kasılmaları ile sınırlı değildir. Amiplerde ve bazı kolonyal küflerde gözlemlediğimiz amip hareketlerinden sorumludur.

Benzer şekilde, alglerde ve kara bitkilerinde gözlemlediğimiz sitoplazmik hareket de benzer mekanizmalarla yürütülür.

Aktin filament polimerizasyonunun ve depolimerizasyonunun düzenlenmesi

Düz kas dokusu ve hücrelerinin kasılması, F-aktin'de bir artış ve G-aktin'de bir düşüşe neden olur Aktin polimerizasyonu üç aşamada gerçekleşir: 1) çekirdeklenme, yavaş bir adım; 2) uzama, hızlı bir adım; ve 3) kararlı durum. Polimerizasyon hızı, depolimerizasyon hızına eşittir.

Aktin filamenti (+) ucunda (-) ucundan daha hızlı büyür. Uzama hızı, kritik konsantrasyon (Cc) olarak adlandırılan aktin filamentleri ile denge halindeki aktin monomerlerinin konsantrasyonu ile orantılıdır.

(+) Uç için Cc 0,1 uM ve (-) uç için 0,8 uM'dir. Bu, (+) ucu polimerize etmek için 8 kat daha az aktin monomer konsantrasyonunun gerekli olduğu anlamına gelir.

Aktin polimerizasyonu esas olarak timosin beta4 (TB4) tarafından düzenlenir. Bu protein, G aktinine bağlanır ve onu tutarak polimerleşmesini engeller. Profilin ise aktin polimerizasyonunu uyarır. Profilin, aktin-TB4 kompleksinin ayrılması yoluyla (+) ucunda polimerizasyonu kolaylaştırarak aktin monomerlerine bağlanır.

İyonlardaki artış (Na ⁺ , K ⁺ veya Mg ^{+ 2} ) gibi diğer faktörler filaman oluşumunu kolaylaştırır.

Aktin hücre iskeletinin oluşumu

Aktin hücre iskeletinin oluşumu, aktin lifleri arasında çapraz bağların yapılmasını gerektirir. Bu bağlar, göze çarpan özellikleri şunlardır: aktin bağlanma alanlarına sahip olmaları; birçoğunun kalponin ile homolog alanları vardır; ve her bir protein türü, belirli bir hücre tipinde ifade edilir.

Filopodia ve stres liflerinde, aktin filamentleri arasındaki çapraz bağlantılar fascina ve filamin tarafından yapılır. Bu proteinler sırasıyla aktin filamentlerinin paralel olmasına veya farklı açılara sahip olmasına neden olur. Böylece aktin filamentleri hücrenin şeklini tanımlar.

En fazla aktin filamentine sahip hücre bölgesi, plazma membranının yakınında bulunur. Bu bölgeye korteks denir. Kortikal hücre iskeleti, hücre tipine bağlı olarak farklı şekillerde düzenlenir ve bağlanan proteinler yoluyla plazma zarına bağlanır.

En iyi tanımlanmış hücre iskeletlerinin bazıları kas hücreleri, trombositler, epitel hücreleri ve eritrositlerdir. Örneğin, kas hücrelerinde, distrofin bağlayıcı protein, aktin filamentlerini zardaki entegre bir glikoprotein kompleksine bağlar. Bu kompleks, hücre dışı matris proteinlerine bağlanır.

Aktin-miyozin etkileşim eylem modeli

Rayment liderliğindeki araştırmacılar, aktin ve miyozinin etkileşimini açıklamak için dört aşamalı bir model önerdi. İlk adım, ATP'nin miyozin başlarına bağlanmasıyla gerçekleşir. Bu bağlanma, proteinde konformasyonel bir değişiklik yaratarak onu küçük filamentteki aktinden serbest bırakır.

ATP daha sonra inorganik bir fosfat bırakarak ADP'ye hidrolize edilir. Miyozin molekülü, kendini yeni bir aktin alt birimine bağlayarak yüksek enerji durumu oluşturur.

İnorganik fosfatın salınması, miyozinde bir değişiklik meydana getirerek, meydana gelen kalın filamentlere göre küçük filamentlerin başlangıç ​​konformasyonuna ve hareketine geri döner. Bu hareket, sarkomerin iki ucunun hareketine neden olarak onları birbirine yaklaştırır.

Son adım, ADP'nin piyasaya sürülmesini içerir. Bu noktada miyozin başı serbesttir ve yeni bir ATP molekülüne bağlanabilir.

Aktin polimerizasyonu tarafından yönlendirilen hücre hareketi

Emekleme hareketliliği bir tür hücre hareketliliğidir. Bu tip hareketliliğin adımları şunlardır: yapışma öncü ekseninin alt tabakaya doğru izdüşümü; alt tabakaya yapışma; arka geri çekme; ve yapışma.

Lider eksenin izdüşümü, aktin filamanlarının polimerizasyonuna ve depolimerizasyonuna katılan proteinlerin katılımını gerektirir. Lider eksen, lamellipodyum adı verilen hücre korteksinde bulunur. Eksen projeksiyon adımları şunlardır:

- Hücre dışı sinyal ile reseptörlerin aktivasyonu.

- Aktif GTPazlar ve 4,5-bifosfat fosfoinositol (PIP ₂ ) oluşumu .

- Aktin filamentlerinde dallar oluşturmak için aktin monomerlerine bağlanan WASp / Scar ve Arp2 / 3 proteinlerinin aktivasyonu.

- Dalın miyozinle süslenmiş ucunda aktin filamentlerinin hızlı büyümesi. Membran ileri itilir.

- Kabuk proteinlerinin ürettiği uzamanın tamamlanması.

- Eski filamentlerde aktine bağlı ATP'nin hidrolizi.

- ADF / kofilin ile desteklenen filamentlerin aktin-ADP'sinin depolimerizasyonu.

- Profilin tarafından katalize edilen ATP için ADP değişimi, dalları uzatmaya başlamaya hazır G-ATP aktin üretiyor.

Aktin ile ilgili hastalıklar

Kas distrofisi

Musküler distrofi, iskelet kasının dejeneratif bir hastalığıdır. Resesif olarak kalıtsaldır ve X kromozomu ile bağlantılıdır. Esas olarak popülasyonda yüksek sıklığa sahip erkekleri etkiler (her 3.500 erkekten biri). Bu erkeklerin anneleri heterozigot asemptomatiktir ve aile öyküsü olmayabilir.

Duchenne ve Becker adında iki tür kas distrofisi vardır ve her ikisi de distrofin genindeki kusurlardan kaynaklanır. Bu kusurlar, aksonları yok eden silmelerden oluşur.

Distrofin, aktin filamentleri arasında çapraz bağlar oluşturan bir proteindir (427 KDa). N-terminalinde bir aktin-bağlama alanı ve C-terminalinde bir membran-bağlama alanı vardır. Her iki alan arasında, 24 ardışık tekrardan oluşan üçüncü bir boru şekilli alan vardır.

Musküler kortikal retikulumda distrofin, aktin filamanlarının bir glikoprotein kompleksi aracılığıyla plazma membranına bağlanmasına katılır. Bu kompleks ayrıca hücre dışı matris proteinlerine de bağlanır.

Duchenne musküler distrofisi olan fonksiyonel distrofini olmayan hastalarda, kortikal hücre iskeleti plazma membranını desteklemez. Sonuç olarak, plazma zarı, tekrarlanan kas kasılmalarının stresi ile hasar görür.

Referanslar

1. Devlin, TM 2000. Biochemistry. Editör Reverté, Barcelona.
2. Gunst, SJ ve Zhang, W. 2008. Düz kasta aktin hücre iskeleti dinamiği: düz kas kasılmasının düzenlenmesi için yeni bir paradigma. Am J Physiol Cell Physiol, 295: C576-C587.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Hücresel ve moleküler biyoloji. Editoryal Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Meksika, Sāo Paulo.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Biyokimyanın İlkeleri. WH Freeman, New York.
5. Pfaendtner, J., De La Cruz, EM, Voth, G. 2010. Aktin depolimerizasyon faktörü / cofilin ile aktin filaman yeniden modelleme. PNAS, 107: 7299-7304.
6. Pollard, TD, Borisy, GG 2003. Aktin Filamentlerinin Montaj ve Demontajı ile Sürülen Hücresel Motilite. Cell, 112: 453-465.