Δομή των μυϊκών κυττάρων.

Transcript

1 Δομή των μυϊκών κυττάρων. Οι μύες αποτελούνται από δεμάτια μεγάλων κυττάρων (που ονομάζονται μυϊκά κύτταρα ή μυϊκές ίνες). Κάθε μυϊκή ίνα περιέχει πολλά μυϊκά ινίδια, δηλαδή δεμάτια ινιδίων ακτίνης και μυοσίνης οργανωμένα σε μια αλυσίδα επαναλαμβανόμενων μονάδων οι οποίες ονομάζονται σαρκομερή.

2 Δομή του σαρκομερούς

3 Τιτίνη και νεμπουλίνη Τα μόρια τιτίνης εκτείνονται από τον δίσκο Ζ έως τη γραμμή Μ και λειτουργούν ως ελατήρια που συγκρατούν τα ινίδια μυοσίνης στο κέντρο του σαρκομερούς. Τα μόρια νεμπουλίνης εκτείνονται από τον δίσκο Ζ και θεωρείται ότι καθορίζουν το μήκος των ινιδίων ακτίνης με τα οποία είναι συνδεδεμένα.

4 Μοντέλο ολίσθησης των ινιδίων κατά τη μυϊκή σύσπαση. Τα ινίδια ακτίνης ολισθαίνουν έναντι των ινιδίων μυοσίνης με κατεύθυνση προς το μέσο του σαρκομερούς. Η ολίσθηση έχει ως αποτέλεσμα να συμπτύσσεται το σαρκομερές, χωρίς να αλλάζει το μήκος των ινιδίων.

5 Μυοσίνη ΙΙ Το μόριο της μυοσίνης ΙΙ αποτελείται από δύο βαριές αλυσίδες και δύο ζεύγη ελαφριών αλυσίδων (που ονομάζονται βασικές ελαφριές αλυσίδες και ρυθμιστικές ελαφριές αλυσίδες).

6 Οργάνωση των παχιών ινιδίων μυοσίνης Τα παχιά ινίδια σχηματίζονται μέσω της στοίχισης εκατοντάδων μορίων μυοσίνης ΙΙ σε κλιμακωτή διάταξη. Οι σφαιρικές κεφαλές της μυοσίνης προσδένονται στην ακτίνη, σχηματίζοντας γέφυρες διασύνδεσης μεταξύ των ινιδίων μυοσίνης και των ινιδίων ακτίνης.

7

8

9 Μοντέλο δράσης της μυοσίνης. Α) Η πρόσδεση του ATP αποσυνδέει τη μυοσίνη από την ακτίνη. Β) η υδρόλυση του ATP επάγει μια αλλαγή διαμόρφωσης που μετατοπίζει την κεφαλή της μυοσίνης. Γ) πρόσδεση της κεφαλής της μυοσίνης σε μια νέα θέση του ινιδίου ακτίνης. Η πρόσδεση αυτή απελευθερώνει το Pi, Δ) επαναφορά της κεφαλής της μυοσίνης στην αρχική της διαμόρφωση. Η επαναφορά στην αρχική διαμόρφωση, η οποία είναι συζευγμένη με την απελευθέρωση του ADP, προωθεί την ολίσθηση των ινιδίων ακτίνης.

10 Video

11 Ο ρόλος των ιόντων Ca2+ στη μυική συστολή

12 Σύνδεση της τροπομυοσίνης και των τροπονινών με τα ινίδια ακτίνης. Η τροπομυοσίνη προσδένεται κατά μήκος των ινιδίων ακτίνης. Στους γραμμωτούς μυς, η τροπομυοσίνη συνδέεται με ένα σύμπλοκο τριών τροπονινών

13 ΣΥΣΠΑΣΗ ΧΑΛΑΡΩΣΗ

14 Συσταλτά συστήματα σε μη μυϊκά κύτταρα Διπολικά ινίδια μυοσίνης ΙΙ προκαλούν ολίσθηση των ινιδίων ακτίνης σε αντίθετες κατευθύνσεις, η οποία οδηγεί σε σύσπαση.

15 Κυτταροκίνηση 15

16 Ρύθμιση της μυοσίνης ΙΙ μέσω φωσφορυλίωσης. Ιόντα Ca2+ προσδένονται στην καλμοδουλίνη, η οποία με τη σειρά της προσδένεται στην κινάση της ελαφριάς αλυσίδας της μυοσίνης (MLCK, Myosin Light-Chain Kinase). Στη συνέχεια, το ). Στη συνέχεια, το ενεργό σύμπλοκο καλμοδουλίνης-mlck φωσφορυλιώνει τη ρυθμιστική ελαφριά αλυσίδα της μυοσίνης ΙΙ, μετατρέποντας τη μυοσίνη από ανενεργή σε ενεργή μορφή.

17 Ο μηχανισμός δράσης της καλμοδουλίνης. Η καλμοδουλίνη είναι μια πρωτεΐνη με σχήμα αλτήρα που διαθέτει τέσσερις θέσεις δέσμευσης ιόντων Ca2+. Το ενεργό σύμπλοκο Ca2+/καλμοδουλίνηςκαλμοδουλίνης προσδένεται σε διάφορες πρωτεΐνες-στόχους, όπως είναι οι εξαρτώμενες από Ca2+/καλμοδουλίνη πρωτεϊνικές κινάσεςκαλμοδουλίνη πρωτεϊνικές κινάσες. Κινάση της ελαφριάς αλυσίδας της Μυοσίνης CAM κινάσες

18 Ενεργοποίηση της μυοσίνης ΙΙ μέσω φωσφορυλίωσης

19 Ενεργοποίηση της μυοσίνης ΙΙ μέσω φωσφορυλίωσης

20 Η οικογένεια πρωτεϊνών μυοσίνης περιλαμβάνει διαφορετικούς τυπούς μορίων

21 Μυοσίνη Ι Η μυοσίνη Ι περιέχει μια κεφαλή παρόμοια με αυτή της μυοσίνης ΙΙ, αλλά έχει μια ουρά σχετικά μικρού μήκους και δεν μπορεί να σχηματίσει διμερή ή ινίδια. η μυοσίνη Ι κινείται κατά μήκος των ινιδίων ακτίνης, προς το άκρο (+), μεταφέροντας διάφορα φορτία (όπως μεμβρανικά κυστίδια) που προσδένονται στην περιοχή της ουράς της.

22 Η Μυοσίνη Ι συνδέει την ακτίνη και κυστίδια με τις Κυτταρικές μεμβράνες

23 Διαφορετικές λειτουργίες ισομορφών μυοσίνης

24 Φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου που δείχνει μικρολάχνες. Οι μικρολάχνες των επιθηλιακών κυττάρων του εντέρου είναι δακτυλοειδείς προεκβολές της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Υποστηρίζονται από δεμάτια ακτίνης που είναι αγκυροβολημένα σε μια πυκνή περιοχή του κυτταρικού φλοιού, η οποία ονομάζεται τερματικός ιστός. 24

25 Οργάνωση των μικρολαχνών Τα κεντρικά ινίδια ακτίνης των μικρολαχνών διασυνδέονται σε δεμάτια πυκνής διάταξης μέσω της φιμπρίνης και της βιλλίνης. Σε όλο το μήκος τους, τα ινίδια ακτίνης είναι προσδεδεμένα στην κυτταροπλασματική μεμβράνη μέσω πλευρικών βραχιόνων, οι οποίοι αποτελούνται από μυοσίνη Ι και καλμοδουλίνη. Τα άκρα (+) των ινιδίων ακτίνης βρίσκονται στο ανώτατο άκρο της μικρολάχνης, ενσωματωμένα σε ένα κάλυμμα πρωτεϊνών που δεν έχουν ταυτοποιηθεί έως σήμερα. 25

26 Μυοσίνη V Η μυοσίνη V είναι μια δικέφαλη μυοσίνη, όπως και η μυοσίνη ΙΙ. Μεταφέρει οργανίδια και άλλα φορτία (για παράδειγμα, ενδιάμεσα ινίδια) προς τα άκρα (+) των ινιδίων ακτίνης.

27 Δυο είδη μικροσωληνίσκων: Σταθεροί σε μη πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα Μαστίγια, βλεφαρίδες (cilia and flage). Στη συνέχεια, το lla) του κροσσωτού επιθηλίου, σπερματοζωάριο, ωάριο Άξονας νευρικών κυττάρων Ερυθροκύτταρα (marginal band) Ασταθείς ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ Μιτωτική άτρακτος Οργάνωση των οργανίδιων Κίνηση κυστιδίων Πολικότητα κύτταρου

28

29 Δομή των μικροσωληνίσκων Μονομερή α-τουμπουλίνης και β-τουμπουλίνης πολυμερίζονται και σχηματίζουν μικροσωληνίσκους, οι οποίοι αποτελούνται από 13 πρωτοϊνίδια συναρμολογημένα γύρω από έναν κενό εσωτερικά πυρήνα. 29

30

31 Η τουμπουλινη είναι GTPαση

32 3 στάδια πολυμερισμού μικροσωληνισκων

33 Η κίνηση με ανασχηματισμό και ο ρόλος του GTP στον πολυμερισμό των μικροσωληνίσκων. Τα άκρα ( ) των μικροσωληνίσκων αναπτύσσονται πιο αργά απ ό,τι τα άκρα (+). Η διαφορά αυτή στον ρυθμό αύξησης αντανακλάται στη διαφορά της κρίσιμης συγκέντρωσης που απαιτείται για την προσθήκη διμερών τουμπουλίνης από το ένα ή από το άλλο άκρο του μικροσωληνίσκου. Κίνηση με ανασχηματισμό συμβαίνει όταν οι συγκεντρώσεις των διμερών τουμπουλίνης έχουν τιμές μεταξύ της κρίσιμης συγκέντρωσης για το άκρο (+) και της κρίσιμης συγκέντρωσης για το άκρο ( ). Υπό αυτές τις συνθήκες, η καθαρή απώλεια διμερών (GDP-τουμπουλίνης) από το άκρο ( ) εξισορροπείται με την προσθήκη διμερών (GTP-τουμπουλίνης) στο άκρο (+). 33

34 Τρεις τύποι μικροσωληνίσκων Βλεφαρίδες, μαστίγια Βασικό σωμάτιο κεντριδιο

35 Ο σχηματισμός των μικροσωληνίσκων εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τη συγκέντρωση των διμερών τουμπουλίνης

36 Ενδοκυτταρική οργάνωση των μικροσωληνίσκων 36

37 Ανάπτυξη των μικροσωληνίσκων από το κεντροσωμάτιο Κέντρο οργάνωσης μικροσωληνίσκων (MTOC)MTOC) 37

38 Δομή των κεντροσωματίων (Α) Φωτογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου που δείχνει ένα κεντροσωμάτιο. Στη φωτογραφία φαίνονται οι μικροσωληνίσκοι που εκτείνονται ακτινωτά από το περικεντριολικό υλικό που περιβάλλει ένα ζεύγος κεντριολίων. (Β) Εγκάρσια τομή ενός κεντριολίου που δείχνει τις εννέα τριπλέτες μικροσωληνίσκων. 38

39

40 Η δομή ενός κεντριολίου 40

41 Η γ-τουμπουλίνη

42 12/05/12 Figure). Στη συνέχεια, το 6-30a Molecular Biology of the Cell ( Garland Scie). Στη συνέχεια, το nce). Στη συνέχεια, το 2008)

43 12/05/12 Figure). Στη συνέχεια, το 16-30b Molecular Biology of the Cell ( Garland Scie). Στη συνέχεια, το nce). Στη συνέχεια, το 2008)

44

45

46 Δυναμική αστάθεια σε συνθήκες in vitro Δυναμική του + άκρου μικροσωληνίσκων

47 12/05/12 Figure). Στη συνέχεια, το 16-16b Molecular Biology of the Cell ( Garland Scie). Στη συνέχεια, το nce). Στη συνέχεια, το 2008)

48 12/05/12 Figure). Στη συνέχεια, το 16-16c Molecular Biology of the Cell ( Garland Scie). Στη συνέχεια, το nce). Στη συνέχεια, το 2008)

49 Η δυναμική αστάθεια των μικροσωληνίσκων

50

51 ΕΙΚΟΝΑ Δυναμική αστάθεια των μικροσωληνίσκων. Δυναμική αστάθεια προκύπτει από την υδρόλυση του GTP που είναι προσδεδεμένο στη β-τουμπουλίνη κατά τη διάρκεια του πολυμερισμού ή αμέσως μετά τον πολυμερισμό της, γεγονός που μειώνει τη συγγένεια πρόσδεσης της τουμπουλίνης για γειτονικά μόρια. Η ανάπτυξη των μικροσωληνίσκων συνεχίζεται όσο ο ρυθμός προσθήκης GTPτουμπουλίνης είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό υδρόλυσης του GTP, ώστε να διατηρείται ένα κάλυμμα GTP-τουμπουλίνης στο αυξανόμενο άκρο. Ωστόσο, αν ο ρυθμός υδρόλυσης του GTP γίνει ταχύτερος από τον ρυθμό προσθήκης νέων υπομονάδων, η εμφάνιση της GDP-τουμπουλίνης στο άκρο(+) του μικροσωληνίσκου οδηγεί σε αποσυναρμολόγηση και συρρίκνωση.

52

53 Ρόλοι των συνδεδεμένων με μικροσωληνίσκους πρωτεϊνών στη δυναμική αστάθεια. Η δυναμική συμπεριφορά των μικροσωληνίσκων ρυθμίζεται από πρωτεΐνες συνδεδεμένες με μικροσωληνίσκους (MAP) οι οποίες προσδένονται στα άκρα(+). (Α) Οι πολυμεράσες επιταχύνουν την ανάπτυξη των μικροσωληνίσκων καθώς αυξάνουν τον ρυθμό ενσωμάτωσης GTP-τουμπουλίνης.

54 Ρόλοι των συνδεδεμένων με μικροσωληνίσκους πρωτεϊνών στη δυναμική αστάθεια. (Β) Αντίθετα, οι αποπολυμεράσες προκαλούν την απο-σύνδεση GTPτουμπουλίνης από το άκρο(+), οδηγώντας στη συρρίκνωση των μικροσωληνίσκων (καταστροφή).

55 Ρόλοι των συνδεδεμένων με μικροσωληνίσκους πρωτεϊνών στη δυναμική αστάθεια. (Γ) Οι πρωτεΐνες CLASP ευθύνονται για τη διάσωση των μικροσωληνίσκων από την καταστροφή, αφού σταματούν την αποσυναρμολόγηση και δίνουν το έναυσμα για την επανέναρξη της ανάπτυξής τους.