Цитоскелет

Усі клітини мають цитоскелет — систему органел, що не тільки підтримує структуру клітини, а й дає змогу їй змінювати форму та рухатися. Цитоскелет складається з мікротрубочок, проміжних філаментів та мікрофіламентів, а також білків, що утримують та зв’язують їх. Крім того, білки й органели переміщаються вздовж мікротрубочок і мікрофіламентів з однієї частини клітини до іншої, просуваючись уперед завдяки молекулярним двигунам.

Мікротрубочки (рис. 1-8, 1-9) — це довгі, порожнисті утвори зі стінками 5 нм завтовшки, що оточують порожнину 15 нм у діаметрі. Вони складаються з двох типів сфе-

Рис. 1.8. Ліворуч: електронна мікрофотографія цитоплазми фібробласта. Видно мікрофіламенти (МФ) та мікротрубочки (МТ) (відтворено за дозволом з Junqueira LC, Carneiro J, Kelley RO: Basic Histology, 9th ed. The McGraw-Hill Companies, Inc. 1998). Праворуч: локалізація мікротрубочок у фібробластах. Клітини оброблені флюоресцентним антитілом до тубуліну, що робить мікротрубочки видимими (відтворено за дозволом з Connolly J et al: Immunofluorescent staining of cytoplasmic and spindle microtubules in mouse fibroblasts with antibody to x protein. Proc Natl Acad Sci USA 1977:74:2437).

12/РОЗДІЛ 1

ричних білкових субодиниць: а- та (3-тубуліну. Третя суб-одиниця — у-тубулін — відіграє роль у створенні з мікро-трубочок центросоми (див. нижче). Субодиниці а та р утворюють гетеродимери (див. рис. 1-8), під час агрегації яких формуються довгі трубочки, що складаються з низки кілець, кожне з яких містить 13 субодиниць. У трубочках також є інші білки, які беруть участь у їхньому формуванні. Процесу самозбирання мікротрубочок сприяє тепло, холод призводить до їхнього розпаду. Кінець, на якому домінує самозбирання, називають плюс-кінцем, а кінець, де переважає дисоціація, — мінус-кінцем. Обидва процеси відбуваються одночасно in vitro.

Унаслідок постійного самозбирання та дисоціації мікро-трубочки є динамічною частиною цитоскелета. Вони забезпечують транспортування везикул, органел, таких як секреторні Гранули та мітохондрії, з однієї частини клітини в іншу, а також утворюють веретено, що рухає хромосоми під час мітозу (див. нижче). Мікротрубочки можуть виконувати транспортування в обох напрямах. Було навіть спостережено, як одна мікротрубочка транспортувала дві структури у протилежних напрямах.

Самозбирання мікротрубочки блокують колхіцин та він-бластин. Протираковий препарат паклітаксел (Таксол), іммобілізуючи мікротрубочки, знерухомлює органели і порушує утворення мітотичних веретен, що призводить до загибелі ракової клітини.

Крім мікротрубочок, клітини також містять проміжні філаменти, що мають 8-14 нм у діаметрі і складаються з різноманітних субодиниць. Деякі з них зв’язують мембрану ядра з мембраною клітини. Ці філаменти утворюють гнучкий каркас клітини і допомагають їй витримати зовнішній тиск. Якщо проміжних філаментів нема, то клітини руйнуються набагато швидше. У людей аномалії проміжних філаментів часто супроводжується утворенням пухирців на шкірі.

Мікрофіламенти (див. рис. 1-8) — це довгі, міцні волокна 4-6 нм у діаметрі. Вони складаються з актину та білка, який під час взаємодії з міозином призводить до скорочення м’яза (див. Розділ 3). Актин, як і його мРНК

Рис. 1.9. Самозбирання та дисоціація мікротрубочки внаслідок аґреґації та дезаґреґації димерів, що складаються з а- та (3-тубуліну (відтворено за дозволом з Sloboda RD: The role of microtubules in cell structure and cell division. Am Sci 1980;68: 290).

(див. нижче), наявний у всіх видах клітин. Це найпоширеніший білок у клітинах ссавців, він становить 15% від загальної кількості білків у клітині. Структура актину надзвичайно стабільна; наприклад, 88% амінокислотної послідовності актину дріжджів та кролика є ідентичними. Моле-

Рис. 1-10. Прикріплення цитоскелета до оболонки еритроцита. Зображено різні білки, що прикріплюють актинові філаменти до мембрани. Деякі з них мають номери (4.1, 4.2, 4.9), інші — назви (відтворено за дозволом з Luna EJ, Hitt AL: Cytoskeleton-plasma membrane interactions. Science 1992;258:955).

ЗАГАЛЬНІ ЗАСАДИ ТА КЛІТИННІ ОСНОВИ ФІЗІОЛОГІЇ ЛЮДИНИ /13

куди актину (G-актин) полімеризують in vivo, утворюючи F-актин — довгі ниткоподібні ланцюги, які називають мікрофіламентами. Вони також часто деполімеризують in vivo, причому полімеризація здебільшого відбувається на одному кінці (плюс-кінець, як у мікротрубочках), а деполімеризація — на протилежному (мінус-кінець). Мікрофіла-менти прикріплюються до різних частин цитоскелета (рис. 1-10). Багато мікрофіламентів прикріплюються до кінчиків мікроворсинок клітин епітелію слизової оболонки кишки. В значних кількостях вони наявні в ламелоподіях, відростках, які випускають клітини під час руху по поверхнях. Актинові філаменти взаємодіють з рецепторами інтегрину й утворюють фокальні комплекси адгезії (фокальні адге-зини, див. нижче), які є місцями для руху на поверхні, де клітина витягується.

Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини