Mellanfilament är en karakteristisk struktur hos eukaryota celler. De är självmonterande och kemiskt resistenta. Strukturen och funktionerna hos mellanliggande filament bestäms av egenskaperna hos bindningar i proteinmolekyler. De tjänar inte bara till att bilda cellställningen, utan säkerställer också växelverkan mellan organeller.
Allmän beskrivning
Filament är filamentösa proteinstrukturer som deltar i konstruktionen av cytoskelettet. Beroende på diametern är de indelade i 3 klasser. Mellanliggande filament (IF) har ett genomsnittligt tvärsnittsvärde på 7-11 nm. De intar en mellanposition mellan mikrofilament Ø5-8 nm och mikrotubuli Ø25 nm, som de fick sitt namn för.
Det finns två typer av dessa strukturer:
- Lamine. De är i kärnan. Alla djur har laminära filament.
- Cytoplasmatisk. De finns i cytoplasman. Finns i nematoder, blötdjur, ryggradsdjur. I den senare kan vissa typer av celler saknas (till exempel i gliaceller).
Location
Mellanliggande filament är ett av huvudelementen i cytoskelettet hos levande organismer vars celler innehåller kärnor (eukaryoter). Prokaryoter har också analoger till dessa fibrillära strukturer. De finns inte i växtceller.
De flesta av filamenten är belägna i den perinukleära zonen och buntar av fibriller, som finns under plasmamembranet och sträcker sig från mitten till cellernas kanter. Det finns särskilt många av dem hos de arter som utsätts för mekanisk påfrestning - i muskler, epitel och även i cellerna i nervfibrer.
Proteintyper
Som studier visar, särskiljs proteinerna som utgör de mellanliggande filamenten beroende på vilken typ av celler de har och hur de differentieras. Men de är alla relaterade.
Mellanliggande filamentproteiner är indelade i fyra typer:
- Keratiner. De bildar polymerer från två undertyper - sura och neutrala. Molekylvikten för dessa föreningar sträcker sig från 40 000-70 000 amu. m. Beroende på vävnadskällan kan antalet olika heterogena former av keratiner nå flera tiotal. De är indelade i 2 grupper enligt isoform - epitelial (den mest talrika) och kåta, som utgör hår, horn, naglar och fjädrar hos djur.
- I den andra typen kombineras 3 typer av proteiner som har nästan samma molekylvikt (45 000-53 000 amu). Dessa inkluderar: vimentin (bindväv, skivepitelceller,foder ytan av blod och lymfkärl; blod celler) desmin (muskelvävnad); periferin (perifera och centrala neuroner); glialfibrillärt surt protein (mycket specifikt hjärnprotein).
- Neurofilamentproteiner som finns i neuriter, cylindriska processer som bär impulser mellan nervceller.
- Proteiner från kärnskiktet som ligger under kärnmembranet. De är föregångare till alla andra PF:er.
Mellanfilament kan bestå av flera typer av ovanstående ämnen.
Properties
PF:s egenskaper bestäms av följande egenskaper:
- stort antal polypeptidmolekyler i tvärsnitt;
- starka hydrofoba interaktioner som spelar en viktig roll vid sammansättningen av makromolekyler i form av en vriden superspole;
- bildning av tetramerer med hög elektrostatisk interaktion.
Som ett resultat får de mellanliggande filamenten egenskaperna hos ett starkt vridet rep - de böjer sig bra, men går inte av. När de behandlas med reagens och starka elektrolyter är dessa strukturer de sista som går i lösning, det vill säga de kännetecknas av hög kemisk stabilitet. Så, efter den fullständiga denatureringen av proteinmolekyler i urea, kan filamenten självständigt monteras. Proteiner som introduceras utifrån integreras snabbt i den redan existerande strukturen hos dessa föreningar.
Structure
Till sin struktur är mellanliggande filament icke-förgrenadepolymerer som kan både bilda makromolekylära föreningar och depolymerisera. Deras strukturella instabilitet hjälper celler att ändra sin form.
Trots att filamenten har en varierande sammansättning beroende på typen av proteiner, har de samma strukturella plan. I mitten av molekylerna finns en alfaspiral, som har formen av en högerhänt helix. Det bildas av kontakter mellan hydrofoba strukturer. Dess struktur innehåller 4 spiralsegment åtskilda av korta icke-spiralsektioner.
I ändarna av alfahelixen finns domäner med en obestämd struktur. De spelar en viktig roll i filamentsammansättning och interaktion med cellorganeller. Deras storlek och proteinsekvens varierar mycket mellan olika IF-arter.
Bygga protein
Det huvudsakliga byggmaterialet för PF är dimerer - komplexa molekyler som består av två enkla. Vanligtvis inkluderar de 2 olika proteiner sammankopplade med stavformade strukturer.
Den cytoplasmatiska typen av filament består av dimerer som bildar trådar 1 block tjocka. Eftersom de är parallella men i motsatt riktning finns det ingen polaritet. Dessa dimera molekyler kan senare bilda mer komplexa.
Funktioner
De huvudsakliga funktionerna för mellanliggande filament är följande:
- säkrar den mekaniska styrkan hos celler och deras processer;
- anpassning till stressorer;
- deltagande ikontakter som ger en stark anslutning av celler (epitel- och muskelvävnad);
- intracellulär distribution av proteiner och organeller (lokalisering av Golgi-apparaten, lysosomer, endosomer, kärnor);
- deltagande i lipidtransport och signalering mellan celler.
PF påverkar också mitokondriell funktion. Som laboratorieexperiment på möss visar, hos de individer som saknar desmin-genen, störs det intracellulära arrangemanget av dessa organeller, och själva cellerna programmeras för en kortare livslängd. Som ett resultat minskar vävnadens syreförbrukning.
Å andra sidan bidrar närvaron av mellanliggande filament till en minskning av mitokondriell rörlighet. Om vimentin artificiellt införs i cellen kan IF-nätverket återställas.
Medicinens betydelse
Brott i syntesen, ackumuleringen och strukturen av PF leder till uppkomsten av vissa patologiska tillstånd:
- Bildning av hyalina droppar i levercellers cytoplasma. På ett annat sätt kallas de för Mallory-kroppar. Dessa strukturer är IF-proteiner av epiteltyp. De bildas med långvarig exponering för alkohol (akut alkoholisk hepatit), såväl som en kränkning av metaboliska processer i primär hepatocellulär levercancer (hos patienter med viral hepatit B och cirros), med stagnation av gallan i levern och gallblåsan. Alkoholh altigt hyalin har immunogena egenskaper, vilket förutbestämmer utvecklingen av systemisk patologi.
- När gener muterar,ansvarig för produktionen av keratiner, en ärftlig hudsjukdom uppstår - epidermolysis bullosa. I det här fallet finns det en kränkning av fästet av det yttre lagret av huden till basalmembranet som skiljer det från bindväven. Som ett resultat bildas erosion och bubblor. Huden blir mycket känslig för minsta mekaniska skada.
- Bildning av senila plack och neurofibrillära trassel i hjärnceller vid Alzheimers sjukdom.
- Vissa typer av kardiomyopati förknippade med överdriven ackumulering av PF.
Vi hoppas att vår artikel besvarade alla dina frågor.
