Цитоскелет: состав
Цитоплазма эукариотических клеток
пронизана трехмерной сеткой из белковых нитей (филаментов), называемой
цитоскелетом. В зависимости от диаметра филаменты разделяются на три
группы: микрофиламенты (6-8 нм), промежуточные волокна (около 10
нм) и микротрубочки (около 25 нм). Все эти волокна представляют собой
полимеры, состоящие из субъединиц особых глобулярных белков.
А. Актин
Микрофиламенты (актиновые нити)
состоят из актина — белка, наиболее распространенного в эукариотических клетках.
Актин может существовать в виде мономера (G-актин, «глобулярный актин»)
или полимера (F-актин, «фибриллярный актин»). G-актин — асимметричный
глобулярный белок (42 кДа), состоящий из двух доменов. По мере повышения ионной
силы G-актин обратимо агрегирует, образуя линейный скрученный в спираль полимер,
F-актин. Молекула G-актина несет прочно связанную молекулу АТФ (АТР), которая
при переходе в F-актин, медленно гидролизуется до АДФ (ADP), т.е. F-актин
проявляет свойства АТФ-азы.
При полимеризации G-актина в F-актин
ориентация всех мономеров одинакова, поэтому F-актин обладает
полярностью. Волокна F-актина имеют два разноименно заряженных конца —
(+) и (-), которые полимеризуются с различной скоростью. Эти концы не
стабилизированы специальными белками (как, например, в мышечных клетках), и при
критической концентрации G-актина (+)-конец будет удлиняться, а (-)-конец
укорачиваться. В условиях эксперимента этот процесс может быть ингибирован
токсинами грибов. Например, фаллоидин (яд бледной поганки) связывается с
(-)-концом и ингибирует деполимеризацию, в то время как цитохалазин
(токсин из плесневых грибов, обладающий свойством цитостатика) присоединяется к
(+)-концу, блокируя полимеризацию.
Актинассоциированные белки. В цитоплазме клеток имеются
более 50 различных типов белков, которые специфически взаимодействуют с G-актином
и F-актином. Эти белки выполняют различные функции: регулируют объем G-актинового
пула (профилин), оказывают влияние на скорость полимеризации G-актина
(виллин), стабилизируют концы нитей F-актина (фрагин, β-актинин),
сшивают филаменты друг с другом или с другими компонентами (как, например, виллин,
α-актинин, спектрин, MARCKS) или разрушают двойную спираль F-актина
(гельзолин). Активность этих белков регулируется ионами Са2+
и протеинкиназами.
Б. Белки промежуточных
волокон
Структурными элементами промежуточных
волокон являются белки, принадлежащие к пяти родственным семействам и
проявляющие высокую степень клеточной специфичности. Типичными представителями
этих белков являются цитокератины, десмин, виментин, кислый фибриллярный
глиапротеин [КФГП (GFAP)] и нейрофиламент. Все эти белки имеют в
центральной части базовую стержневую структуру, которая носит название
суперспирализованной α-спирали (см. кератин, с. 76). Такие димеры
ассоциируют антипараллельно, образуя тетрамер. Агрегация тетрамеров по принципу
"голова к голове" дает протофиламент. Восемь протофиламентов образуют
промежуточное волокно.
В отличие от микрофиламентов и
микротрубочек свободные мономеры промежуточных волокон едва ли встречаются в
цитоплазме. Их полимеризация ведет к образованию устойчивых неполярных
полимерных молекул.
В. Тубулин
Микротрубочки построены из глобулярного
белка тубулина, представляющего собой димер α- и β-субъединиц (53 и 55
кДа). α, β- Гетеродимеры образуют линейные цепочки, называемые протофиламентами.
13 протофиламентов образуют циклический комплекс. Затем кольца полимеризуются в
длинную трубку. Как и микрофиламенты, микротрубочки представляют собой
динамические полярные структуры с (+)- и (-)-концами. (-)-Конец стабилизирован
за счет связывания с центросомой (центр организации микротрубочек), в то время
как для (+)-конца характерна динамическая нестабильность. Он может либо
медленно расти, либо быстро укорачиваться. Тубулиновые мономеры связывают ГТФ
(GTP), который медленно гидролизуется и ГДФ (GTP). С микротрубочками ассоциируют
два вида белков: структурные белки (MAP от англ. microtubuls-associated
proteins) и белки-транслокаторы.