Transcript Tubuliini
Solun tukiranka Chapter 16 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Mikrotubulukset vihreällä Aktiinifilamentteja punaisella Tuman DNA sinisellä BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Tukirangan uudelleenjärjestäytyminen fibroblastin jakautumisen aikana Mikrotubulukset vihreällä Aktiinifilamentteja punaisella Tuma ruskealla BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Epiteelisolun tukirangan organisoituminen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-5 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Tukiranka solun muodonmuutoksen aikana BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-7 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Tukiranka 1 • sytoskeleton • 3 päätyyppiä 1. Mikrofilamentit 4-6 nm paksuisia, aktiinia 2. Mikrotubulukset läpimitta 25 nm, koostuvat tubuliinista putkia BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 3. Välikokoiset filamentit läpimitta 10 nm, kemiallinen koostumus vaihtelee • lisäksi monet sytosolin proteiinit tukirangan toiminnallisia osia kytkevät säikeitä soluelimiin Tukiranka 2 • • mikrofilamentit ja mikrotubulukset hajoavat ja muodostuvat uudelleen nopeasti; välikokoiset filamentit pysyvämpiä kantamolekyyleinä sytosolin prot. monomeerit polymerisoituminen säikeet, putket BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Merkitys • tuki + liike • myosiini (myös muissa k. lihassoluissa) + aktiini • sikiöiden kudosten ja elinten synty (histo- ja organogeneesi) Aktiini • • • • runsaasti solun sisällä 1-5 % kaikista proteiineista Ihmisellä 6 aktiinigeeniä Geenien tuotteet: - 4 -aktiinia - - ja -aktiini poikkeavat vain muutaman aminohapon verran BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 solu aktiinin osuus prot. % fibroblasti 10 ameeba 15 verihiutale (human) 15 maksasolu 2 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Aktiini … • -aktiinia esiintyy lähinnä lihassoluissa • - ja -aktiinia muissa soluissa • evoluutiossa säilyneet hyvin, ameebojen aktiini ihmisen kaltainen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Filamenttien lämpötilastabiilisuus BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-8 (part 1 of 2) Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-8 (part 2 of 2) Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Aktiini saadaan polymerisoitumaan koeputkessa Polymerisoituminen koeputkessa lisäämällä suolakonsentraatiota tai nostamalla Ta BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-10 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Aktiiniin sitoutuvia proteiineja 1) Aktiinisäikeiden välisiä poikkisidoksia • Filamiini • -aktiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja … 2) Solukalvoon yhdistäviä • Filamiini • -aktiini • Dystrofiini • Spektriini • Esriini • Taliini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja … 3) Aktiinisäikeiden päihin tulpaksi liittyviä proteiineja • CapZ (plus-pää) • Tropomoduliini (miinus-pää) • Kofiliini (plus-pää) • Severiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja … 4) Aktiinisäikeitä katkaisevia • Severiini • Gelsoliini • Kofiliini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja … 5) Aktiinin polymerisaatiota edistäviä proteiineja • Profiliini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja … 6) Liikkeeseen tarvittavan molekyylimoottorin muodostuminen • Myosiini • Tropomyosiini • Troponiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Plasma membrane Glycophorin Band 4.1 Spectrin tetramer Erytrosyytin sytoskeletonin proteiinit. Vuorovaikutus integraalikalvoproteiinien kanssa. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Band 3 dimer Ankyrin Ankyriini yhdistää spektriinin kolmoisnauhan proteiinit solukalvon anionitransporteriin Erytrosyytin proteiinit • spektriinin tetrameerin päätekompleksin komponentin hypoteettinen järjestys ja vuorovaikutukset BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Mikrofilamentit verihiutaleissa • • • Trombosyytit levossa, levymäinen muoto Hyytymisaineen vaikutus solut leviävät keskeltä ulospäin Hyytymisen aikana satelliittimainen muoto, ulospäin useita filopodeja. Aktiinin morfologinen uudelleenjärjestäytyminen, yhteydet solukalvoon BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Platelet • • • • BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Aktiinifilamentit filamiinin välityksellä kiinnittyy kolmiulotteisesti geeliin Geeli täyttää trombosyytin sytosolin Kiinnittyminen filamiinin avulla glykoproteiinin 1bIX-kompleksiin verihiutaleen kalvolla GP 1b-IX on kalvoreseptori kahdelle verihyytymisproteiinille Muscle • Dystrofiini kiinnittää aktiinifilamentit kalvon integraaliproteiiniin • Kompleksi sitoo lamiinin ja agriinin ekstrasellulaariseen matriksiin (ECM) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Viimeksi käsiteltiin Aktiiniin sitoutuvia proteiineja 1. Aktiinisäikeiden välisiä poikkisidoksia 2. Solukalvoon yhdistäviä - erytrosyytti, trombosyytti, lihassolu 3. Aktiinisäikeiden päihin tulpaksi liittyviä proteiineja 4. Aktiinisäikeitä katkaisevia 5. Aktiinin polymerisaatiota edistäviä proteiineja 6. Liikkeeseen tarvittavan molekyylimoottorin muodostuminen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Epiteelisolu • ERM-proteiini esriini ja EBP50 kytkevät aktiinifilamentin kystisen fibroosan läpimenevään reseptoriin (CFTR) • Esriini avautuu oligomeeriksi ja syntyy pää-häntädimeeri BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Capping protein • • BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Aktiinisäikeiden päihin tulpaksi liittyviä proteiineja Toksiinit häiritsevät aktiinin monomeeri– polymeeri tasapainoa Alkaloidien vaikutus aktiiniin • Esim. sieniperäinen alkaloidi sytokalasiini D aktiinifilamentin polymerisoitumisen sitoutumalla Faktiinin pluspäähän ja estää seuraavan yksikön kiinnittymisen • Toinen sienistä erittyvä toksiini latrunkuliini sitoutuu G-aktiiniin ja inhiboi sen kiinnittymisen filamentin päähän BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Profiliini sitoutuu aktiinin monomeeriin aktiinin polymerisaatiota edistävä proteiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-37 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-38 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Profiliini • Profiliini ja tymosiini 4 säätelevät G-aktiinin polymerisaatiota BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Profiliini migraatiossa • Profiliini kumuloituu vaeltavan fibroblastin johtaviin ulokkeisiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Aktiinin järjestäytyminen fibroblastissa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-47 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Actin cross-linking proteins BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-48 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Aktiinifilamenttikimppujen muodostumen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-49a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Aktiini mikrovilluksissa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-50a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-50b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Aktiiniverkko filaaminin avulla Actin filament Filamin cross-linker BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-51 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Gelsoliini • • BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Jos sytosolin Ca2+konsentraatio on alle 10-6 M, gelsoliini ei sitoudu aktiinifilamenttiin Korkea Ca2+-konsentraatio johtaa gelsoliinin ja aktiinin välisen kovalenttisen sidoksen vahvistumiseen Mikrofilamentit 1 • lihassolun supistumismekanismi 1950-luvun lopulla (Huxley) ATP + CA2+ säikeiden väliset sillat • epiteelisolun mikrofilamentit tunnetaan parhaiten BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 • myös muiden solujen sekä soluorganellien liike nojautuu aktiinisäikeisiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Microfilaments Mikrofilamentti (aktiinifilamentti) 10 µm Actin tubulin 7 nm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Actin filament Fascin cross-linker BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 36 nm Mikrofilamentit 2 Aktiini hydrolyysi, Ca2+ G-aktiini (globular) (filamentous) ATP F-aktiini ADP • kierteinen säie lihakset ja mikrovillukset tunnetaan parhaiten BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Mikrofilamentit 3 Aktiinia sitovat proteiinit: aktiini + myosiini + tropomyosiini liike aktiini + -filamiini yhtenäinen geeli aktiini + fimbriini yhdensuunt. säiekimput aktiini + vinkuliini kiinnittyminen solumembraaniin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Ca2+-ionien ohjailu • tropomyosiinitroponiini-Cjärjestelmä lihassolussa • muissa kalmoduliini • säikeiden kiinnittyminen alustaan kiinnityslevyn (adhesion plate) avulla Mikrotubulukset 1 • • • jopa 50 % solun tubuliinista liukoisena läpimitta 25 nm, pituus useita µm erityisen runsaasti ulokkeissa, esim. aksonit; 15 % proteiineista tubuliinia BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 • • • • solun kuljetusverkosto kromosomien liikkeiden ohjaus punasolun plasmamembraanin alla kaksoiskoveruus verihiutaleissa osallistuu aktiivisesti hyytymistapahtumaan Tubuliini ja keratiini Makrofagit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Mikrotubulus 10 µm Tubulin dimer 25 nm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Mikrotubuluksen rakenne Tubulin heterodimerin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 alfa tubulin beeta tubulin alfa tubulin beeta tubulin Dimers on Mikrotubuluksen rakentuminen alayksiköistään GTP cap Dimers off BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Mikrotubulukset 2 Mikrotubulusten organisaatiokeskukset • toinen pää yl. ankkuroitunut ±solun keskelle (sentriolin lähelle) MAP (organisaatiokeskus) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 • identtinen sentriolin kanssa • keskellä parilliset sentriolit Mikrotubuluksen organisointikeskus Microtubule organizing center (MTOC) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Mikrotubulukset 3 Tubuliini • mikrotubulusten sisältämä proteiini • esiintyy kahtena polypeptidiketjuna • MW 50 kD • tubuliiniyksiköt pituussuunnassa peräkkäin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 EM kuvassa ohuina rihmoina • liukoinen tubuliini vapaana sytosolissa polymerisoitumalla varsinainen tubuliini (cAMP) säätelee Mikrotubuluksen poikkileikkaus Microtubule cross section BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Mikrotubulukset 4 Dyneiini • tumasukkulan mikrotubulusten proteiini ATPaasin aktiviteettia liike samanlaista kuin värekarvoissa ja siimoissa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 • mikrotubulusten aktiivista liikettä: tubuliini-dyneiini (vrt. lihasten aktiinimyosiini) Molekyylimoottorit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Moottoriproteiinit • Assosioituvat sytoskeletoniin • Sitoutuvat polaroituineisiin tukirangan filamentteihin • Saavat energiansa syklisesti toistuvista ATPhydrolyysistä kuljettaa molekyyliä eteenpäin • Jokaisessa eukaryottisolussa on tusinoittain erilaisia moottoriproteiineja • Kuljettavat kalvorakenteisiin liittyviä organelleja, mm. mitokondrioita, Golgin laitteen varsia, eriterakkuloita sopiviin paikkoihin solussa • Kuljettavat tukirangan filamentteja supistuksen ja jännityksen aikana (lihassupistus, ripsiliike, solunjakautuminen, DNA- ja RNA-polymeraasi) • Liikkeelle energia nukelosiditrifosfaateilta BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Tukirangan motorisen molekyylin liike Esim. cilia ja flagella Microtubule of cytoskeleton BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Motor molecule (ATP powered) Motorisen molekyylin kiinnittyminen reseptoriin Näin esim. transmitteriä sisältävä vesikkeli kulkee kohti aksonin kärkeä. Organelle Receptor for motor molecule Motor molecule (ATP powerwd) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Microtubule of cytoskeleton Motoristen molekyylien liike 1 Kinesiini, suunta positiivinen Light chains Heavy chains Microtubule BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Motoristen molekyylien liike 2 Dyneiini, suunta negatiivinen Light chain Heavy chain BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 • Kinesiini ja dyneiini ovat moottoriproteiineja, jotka kuljettavat mm. solunkuljetusrakkuloita päinvastaisiin suuntiin. • Kinesiinin avulla tapahtuu liike mikrotubuluksen plus-päätä kohti ja dyneiinin avulla miinus-päätä kohti BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Myosiini II BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-54a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-54b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Myosiini II bipolaarinen paksu filamentti poikkijuovaisessa lihaksessa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-55a,b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) EM-kuvan perusteella kaavamainen esitys BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-55c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Myosiinin aktiivisuus on voitu osoittaa Aktiini merkitty fluorisoivalla falloidiinilla. ATP:n lisääminen filamenttien liukuminen Videokuvaus BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-56 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Myosiinin superperheen jäsenet BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-57 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Välikokoiset filamentit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Välikokoiset filamentit • • • • • jokseenkin suoria paksuus n. 10 nm koko siis mikrotubulusten (25 nm) ja mikrofilamenttien (6 nm) väliltä esiintyy lähes kaikissa soluissa tukevat solun rakennetta ja lisäävät solun kestävyyttä BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Keratiini • lähes kaikissa välikokoisissa filamenteissa • keratiinifilamentit es. epiteelisoluissa desmosomeihin liittyvissä tonofilamenteissa Välikokoinen filamentti 5 µm Protein subunits Fibrous subunits 10 nm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Desmiini • lihassolun intermediaarisäikeen proteiini • desmiinisäikeeseen liittyy aktiinia • liittää lihassolun myofibrilleja Z-levyihin • pitää paikallaan lihassolun organelleja supistumisen kuluessa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Vimentiini • menkymaalisissa soluissa Neurofilamentit ja periferiini • Hermosoluissa Nestiini • Hermo- ja lihaskantasoluissa Lamiini A ja B • Erilaistuneet solut Vimentiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Lamiini • Lamiini muodostaa verkon tumakotelon sisälle • Lamiinit kiinnittyvät fosfolipidikalvoon isoprenyylin avulla ja stabiloivat tumakotelon BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Tonofilamentit • osa solun tukirankaa • solukalvoon kiinnittyviä säikeisiä levyjä • paksuus n. 10 nm • soluliman ja solukalvon liittyminen yhteen desmosomeissa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Table 16-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Table 16-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-23a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Sentrioli eli keskusjyvänen • lähellä solun keskustaa interfaasivaiheessa • Golgin laitteen tuntumassa, sytosentrumissa • parillinen ( diplosomi) • pituus 0,3 µm, paksuus 0,1 µm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 • lieriömäinen • 9 triplettiä (kaksi avointa, yksi suljettu) • merkitys mitoosissa • replikoitumiskykyisiä • sis. mahd. oman genomin (vrt. mitokondriot) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-30a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Värekarvat (cilia) ja ripset (flagella) Ciliat • ohuita, halk. 0,5 µm • pituus 2-10 µm • liikkuvia • ympärillä solukalvo • runs./solu • värekarvaliike koordinoitua, autom. liikettä hiukkaset haluttuun suuntaan BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 • esim. munatorven pinnan värekarvojen aaltoliike kuljettaa munasolun kohti kohtua • nopeus tuhansia µm/min Flagellat • tavallisesti cilioita pitempiä, 100-200 µm • muutamia/solu Ciliumin hienorakenne Cilium Axoneme Basal body BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Ciliumin poikkileukkaus Basal body Centriole BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Cilioiden edestakainen lyönti Direction of organism´s movement Direction of active stroke BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Direction of recovery stroke Cilioiden peittämä paramecium 25 µm A dense nap of beating cilia covers this Paramecium, a motile protist (SEM) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Flagella 1 µm Propulsion of a sperm cell is an example of falgellate locomotion (SEM) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Tyvikappale (basal body • 9+0 –tyyppiä • epiteelisolun latvassa liittyvät ao. soluista ulospistäviin värekarvoihin ja ripsiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Aksoneema • värekarvojen keskellä oleva akseli • 9+2 –rakenne • kaksoisputkirakenne (kaksi mikroputkea, dupletti) • dyneiinivarret • katalysoi ATP:n hydrolyysiä vap. energiaa , mikrotubulusvarret liikkuvat toisiaan pitkin • tubuliini-dyneiini analoginen lihaksen aktiini-myosiinin kanssa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 • parill. putket eivät lyhene liukuvat toistensa lomiin • keskellä oleva putkipari liikkeen suunta