Молекулярная биология клетки: Учебно-методическое пособие по спецкурсу, страница 17

Впервые представление о цитоскелете и скелетных компонентах клеток было высказано выдающимся русским и советским ученым, основоположником всей советской экспериментальной биологии Н.К. Кольцовым еще в начале ХХ века, однако экспериментальное подтверждение этого было продемонстрировано только под электронным микроскопом в конце 50-х годов ХХ века. Цитоскелет, или опорно-двигательная система клетки, представлен тремя типами компонентов, различающихся по химическому составу, строению и функциям:

1.  Микрофиламенты диаметром 6 нм, построенные из белка актина.

2.  Микротрубочки диаметром 25 нм, построенные из белков тубулинов.

3.  Промежуточные филаменты диаметром 10 нм, построенные из различных, но родственных белков.

Цитоскелет действительно выполняет в клетке скелетные функции, обеспечивает образование каркаса клеток, поддерживает их форму, но, кроме того, обеспечивает любые перемещения в клетке ее компонентов и даже всей клетки в целом. В том или ином виде цитоскелет встречается во всех типах эукариотических клеток.

Все три типа компонентов способны к самосборке (полимеризации) и разборке (деполимеризации). Промежуточные филаменты выполняют, в основном, каркасную роль, а микротрубочки и микрофиламенты – в основном, опорно-двигательную функцию, причем за счет двух механизмов:

1) за счет «полимеризации-деполимеризации»;

2) за счет взаимодействия со специальными подвижными («моторными») белками: микрофиламенты – с миозином, а микротрубочки с кинезином или с динеином.

7.1. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ФИЛАМЕНТЫ

У растений промежуточные филаменты (ПФ) не отмечены, но они встречаются во всех типах животных клеток, причем наиболее развиты в клетках, подверженных механическим воздействиям: эпителиальные, мышечные и др. Располагаются они больше всего в околоядерной и субмембранной зонах. ПФ – это самые стабильные и долгоживущие компоненты цитоплазматического скелета клетки, устойчивые к химическим и физическим воздействиям.

7.1.1. Химическая природа ПФ

Промежуточные филаменты построены из фибриллярных белков несколько сходных по химическому составу (изоморфных), которые можно разделить на четыре типа (группы):

1) кератины;

2) белки нейрофиламентов;

3) три вида сходных по молекулярной массе белков – виментин и др.;

4) белки ядерной оболочки – ламины.

7.1.1.1. ПФ в клетках эпителиальных клетках

В клетках кожного эпидермиса ПФ создают пучки тонофиламентов, которые, связываясь с десмосомами, создают не только жесткую внутриклеточную сеть, но и через десмосомы скрепляют соседние клетки в прочную, но гибкую сеть.

Кератины – это кислые и нейтральные белки молекулярной массой от 40 до 70 тысяч, представляющие собой гетерополимеры этих двух подтипов и обладающие некоторой тканевой специфичностью. Так, в эпителиях – около 20, а в волосах и ногтях – около 10 форм кератинов.

7.1.1.2. ПФ нейрофиламентов

Этот тип ПФ, построенный из белков молекулярной массы 60 000–130 000, образует нейрофиламенты в аксонах нервных клеток. Эти образования на большой протяженности (десятки сантиметров) обеспечивают гибкость и целостность отростков нервных клеток, создавая жесткий внутриклеточный каркас.

7.1.1.3. ПФ мезенхимных и других клеток

Этот тип промежуточных филаментов, охватывающих весьма разнородные типы клеток и сформированных различными белками, объединяет сходство этих белков. Это изоформы белков молекулярной массой 45 000 – 53 000: виментин, десмин, периферин, а также глиальный фибриллярный белок.

Виментин формирует цитоскелет клеток мезенхимного происхождения, таких как клетки соединительной ткани, эндотелия, клетки крови.

Десмин формирует ПФ мышечных клеток – гладких и поперечно-полосатых. Его опорно-механическая функция здесь весьма важна, так как в поперечно-исчерченных мышечных клетках десмин входит в состав Z-дисков. Десминовые филаменты не только связывают Z-диски друг с другом в составе саркомера, но и обеспечивают связь соседних миофибрилл друг с другом, а также сократимого аппарата с сарколеммой (плазматической мембраной).