Tussenfilamenten zijn een karakteristieke structuur van eukaryote cellen. Ze zijn zelf-assemblerend en chemisch resistent. De structuur en functies van intermediaire filamenten worden bepaald door de kenmerken van bindingen in eiwitmoleculen. Ze dienen niet alleen om de celstructuur te vormen, maar zorgen ook voor de interactie van organellen.
Algemene beschrijving
Filamenten zijn filamenteuze eiwitstructuren die deelnemen aan de constructie van het cytoskelet. Volgens de diameter zijn ze onderverdeeld in 3 klassen. Intermediaire filamenten (IF) hebben een gemiddelde dwarsdoorsnedewaarde van 7-11 nm. Ze nemen een tussenpositie in tussen microfilamenten Ø5-8 nm en microtubuli Ø25 nm, waarvoor ze hun naam hebben gekregen.
Er zijn 2 soorten van deze structuren:
- Lamine. Ze zitten in de kern. Alle dieren hebben laminaire filamenten.
- Cytoplasmatisch. Ze bevinden zich in het cytoplasma. Verkrijgbaar in nematoden, weekdieren, gewervelde dieren. In het laatste geval kunnen sommige soorten cellen afwezig zijn (bijvoorbeeld in gliacellen).
Locatie
Tussenfilamenten zijn een van de belangrijkste elementen van het cytoskelet van levende organismen waarvan de cellen kernen bevatten (eukaryoten). Prokaryoten hebben ook analogen van deze fibrillaire structuren. Ze worden niet gevonden in plantencellen.
De meeste filamenten bevinden zich in de perinucleaire zone en bundels fibrillen, die zich onder het plasmamembraan bevinden en zich uitstrekken van het midden naar de randen van de cellen. Er zijn er vooral veel bij die soorten die onderhevig zijn aan mechanische stress - in spieren, epitheel en ook in de cellen van zenuwvezels.
Eiwitsoorten
Zoals uit onderzoeken blijkt, worden de eiwitten waaruit de intermediaire filamenten bestaan, onderscheiden afhankelijk van het type cellen en het stadium van hun differentiatie. Ze zijn echter allemaal verwant.
Intermediaire filamenteiwitten zijn onderverdeeld in 4 soorten:
- Keratines. Ze vormen polymeren van twee subtypes - zuur en neutraal. Het molecuulgewicht van deze verbindingen varieert van 40.000-70.000 amu. m. Afhankelijk van de weefselbron kan het aantal verschillende heterogene vormen van keratine enkele tientallen bereiken. Ze zijn verdeeld in 2 groepen volgens isovorm - epitheliaal (de meest talrijke) en geil, die het haar, de hoorns, de nagels en de veren van dieren vormen.
- In het tweede type worden 3 soorten eiwitten gecombineerd, met bijna hetzelfde molecuulgewicht (45.000-53.000 amu). Deze omvatten: vimentine (bindweefsel, plaveiselcellen,langs het oppervlak van bloed- en lymfevaten; bloedcellen) desmine (spierweefsel); periferine (perifere en centrale neuronen); gliaal fibrillair zuur eiwit (zeer specifiek herseneiwit).
- Neurofilament-eiwitten die worden aangetroffen in neurieten, cilindrische processen die impulsen tussen zenuwcellen vervoeren.
- Eiwitten van de nucleaire lamina die onder het kernmembraan ligt. Zij zijn de voorlopers van alle andere PF's.
Tussenfilamenten kunnen uit verschillende soorten van bovenstaande stoffen bestaan.
Eigenschappen
De kenmerken van de PF worden bepaald door hun volgende kenmerken:
- groot aantal polypeptidemoleculen in dwarsdoorsnede;
- sterke hydrofobe interacties die een belangrijke rol spelen bij de assemblage van macromoleculen in de vorm van een gedraaide supercoil;
- vorming van tetrameren met hoge elektrostatische interactie.
Als resultaat krijgen de tussenfilamenten de eigenschappen van een sterk gedraaid touw - ze buigen goed, maar breken niet. Wanneer ze worden behandeld met reagentia en sterke elektrolyten, gaan deze structuren als laatste in oplossing, dat wil zeggen dat ze worden gekenmerkt door een hoge chemische stabiliteit. Dus, na de volledige denaturatie van eiwitmoleculen in ureum, kunnen de filamenten onafhankelijk worden geassembleerd. Van buitenaf geïntroduceerde eiwitten worden snel geïntegreerd in de reeds bestaande structuur van deze verbindingen.
Structuur
Door hun structuur zijn intermediaire filamenten niet-vertakkendpolymeren die in staat zijn tot zowel de vorming van macromoleculaire verbindingen als depolymerisatie. Hun structurele instabiliteit helpt cellen hun vorm te veranderen.
Ondanks het feit dat de filamenten een diverse samenstelling hebben volgens het type eiwitten, hebben ze hetzelfde structuurplan. In het midden van de moleculen bevindt zich een alfa-helix, die de vorm heeft van een rechtshandige helix. Het wordt gevormd door contacten tussen hydrofobe structuren. De structuur bevat 4 spiraalsegmenten, gescheiden door korte niet-spiraalvormige delen.
Aan de uiteinden van de alfa-helix bevinden zich domeinen met een onbepaalde structuur. Ze spelen een belangrijke rol bij de assemblage van filamenten en de interactie met celorganellen. Hun grootte en eiwitvolgorde variëren sterk tussen verschillende IF-soorten.
Bouwproteïne
Het belangrijkste bouwmateriaal voor PF zijn dimeren - complexe moleculen die uit twee eenvoudige zijn samengesteld. Gewoonlijk bevatten ze 2 verschillende eiwitten die verbonden zijn door staafvormige structuren.
Het cytoplasmatische type filamenten bestaat uit dimeren die draden van 1 blok dik vormen. Omdat ze evenwijdig maar in tegengestelde richting zijn, is er geen polariteit. Deze dimere moleculen kunnen later complexere vormen.
Functies
De belangrijkste functies van intermediaire filamenten zijn als volgt:
- zorgen voor de mechanische sterkte van cellen en hun processen;
- aanpassing aan stressoren;
- deelname aancontacten die zorgen voor een sterke verbinding van cellen (epitheel- en spierweefsel);
- intracellulaire distributie van eiwitten en organellen (lokalisatie van het Golgi-apparaat, lysosomen, endosomen, kernen);
- deelname aan lipidentransport en signalering tussen cellen.
PF heeft ook invloed op de mitochondriale functie. Zoals laboratoriumexperimenten met muizen laten zien, is bij die individuen die het desmine-gen missen, de intracellulaire rangschikking van deze organellen verstoord en zijn de cellen zelf geprogrammeerd voor een kortere levensduur. Als gevolg hiervan wordt het zuurstofverbruik van het weefsel verminderd.
Aan de andere kant draagt de aanwezigheid van intermediaire filamenten bij aan een afname van de mitochondriale mobiliteit. Als vimentine kunstmatig in de cel wordt geïntroduceerd, kan het IF-netwerk worden hersteld.
Betekenis van de geneeskunde
Overtredingen in de synthese, accumulatie en structuur van PF leiden tot het ontstaan van enkele pathologische aandoeningen:
- Vorming van hyalinedruppels in het cytoplasma van levercellen. Op een andere manier worden ze Mallory-lichamen genoemd. Deze structuren zijn IF-eiwitten van het epitheliale type. Ze worden gevormd bij langdurige blootstelling aan alcohol (acute alcoholische hepatitis), evenals een schending van metabole processen bij primaire hepatocellulaire leverkanker (bij patiënten met virale hepatitis B en cirrose), met stagnatie van gal in de lever en galblaas. Alcoholische hyaline heeft immunogene eigenschappen, die de ontwikkeling van systemische pathologie vooraf bepalen.
- Als genen muteren,verantwoordelijk voor de productie van keratine, treedt een erfelijke huidziekte op - epidermolysis bullosa. In dit geval is er een schending van de hechting van de buitenste laag van de huid aan het basaalmembraan dat het scheidt van het bindweefsel. Als gevolg hiervan worden erosie en bellen gevormd. De huid wordt erg gevoelig voor de geringste mechanische schade.
- Vorming van seniele plaques en neurofibrillaire knopen in hersencellen bij de ziekte van Alzheimer.
- Sommige soorten cardiomyopathie geassocieerd met overmatige accumulatie van PF.
We hopen dat ons artikel al je vragen heeft beantwoord.
