Регуляція скорочення-розслаблення

Модель І Міозинова регуляція перевага надається моделі, в котрій у регуляції скорочення бере участь фосфорилювання легкої субодиниці міозину Л20 – цей процес забезпечує кіназа легких ланцюгів міозину (КЛЛМ, 125 кДа), котра взаємодіє з кальмодуліном (17 кДа).

Збільшення концентрації іонів Са2+ призводить до активації КЛЛМ→фосфорилює Л20→активація міозинової АТФази→активований актоміозин гідролізує АТФ, в результаті чого скорочується гладенький м'яз.

Модель ІІ Актинзв ' язана регуляція - цей процес залежить від білка кальдесмону, який складається з 4 доменів.

СКОРОЧЕННЯ

q Проста одиниця тканини гладких м'язівє поєднана у синцитій (syncytium) – автономна нервова система іннервує поодинокі прості клітини повністю по всій поверхні або пучками

- ПД поширюється через щілинні з'єднання до суміжних клітин

q Гладкі м'язи можуть скорочуватися самовільно

- це властивість - міогенно

Нем’язові форми рухливості клітин

Рухливість прокаріотичних організмів

n Морфологія та структура джгутиків у прокаріот

Системи рухливості еукаріотичних клітин

n Мікротрубочки

n Мікрофіламенти еукаріот

n Амебоїдний рух

 

Рухливість прокаріотичних організмів

Бактерії завжди рухаються з допомогою особливої структури джгутика, який може обертатись як пропелер тим самим забезпечуючи просування клітини.

У більшості бактерій джгутик прикріплений до клітини тільки одним кінцем, а інший кінець залишається вільним. Однак у деяких бактерій, зокрема у спірохет джгутик прикріплений до тіла клітини по всій його довжині з допомогою зовнішньої мембрани. В обох випадках рухливість клітин обумовлена обертовими рухами джгутика.

Джгутики прокаріот – це довгі гнучкі ниткоподібні вирости, які виходять з тіла бактерії.

Вони можуть бути поодинокі або пучками і знаходитись або на одному або на обох полюсах клітини. Можуть покривати також усю поверхню клітини.

ДЖГУТИК

Джгутик складається з наступних частин

n тіло джгутика - ниткоподібний філамент або флагела;

n гак;

n базальне тіло.

Встановлено, що філамент та гак знаходяться зовні клітинної оболонки, а базальне тіло з’єднує їх з клітиною.

В середньому довжина джгутика становить від 10 до 100 мкм з діаметром 23 нм.

Нормальні джгутики хвилеподібно вигнуті. Важливим параметром такого джгутика є довжина хвилі філаменту l (l = 2,3 мкм).

Існують бактерії з аномальними джгутиками ("кучеряві" джгутики, з l в 2 рази меншою, ніж у нормальних джгутиків, і прямі джгутики).

Типи хвилястості джгутиків:

а — прямий мутант;

б — звивистий мутант;

в — нормальний джгутик.

Філамент джгутика побудований з ідентичних субодиниць білка – флагеліна.

Мономерний флагелін мол. маса 51,5 кДа, асиметрична форма (довжина близько 10 нм). Методами диференціальної мікрокалориметрії і обмеженого протеолізу виявлена доменна будова флагеліну, в якому містяться два периферійні домени Д0 і Д1, що мають 25% a-спіралей, і два центральні домени Д2 і Д3, в яких переважає b-структура. Хімічна структура флагеліну специфічна для кожного штаму бактерій.

 

Гак служить зв'язуюючою ланкою між базальним тілом і філаментом. Дослідження хімічної структури гаків та базальних тіл показали, що гак побудований з однакових субодиниць, які містять тільки один поліпептид, від 30-42 000 Да.

Гак – це структура, що знаходиться у основі філамента, зазвичай вигнутий під кутом і зв’язує філамент з базальним тілом. Зовнішній діаметр гака дещо перевищує діаметр філаменту, загальна довжина якого біля 900 нм. Функція гака ще не цілком зрозуміла, хоча вважають, що він відіграє роль гнучкого з'єднання яке забезпечує ефективну передачу руху від базального тіла до філаменту і водночас надає структурі філамента стійкість по відношенню до змін оточуючого середовища. Стрижень, що виходить з проксимального кінця гака проходить крізь клітинні оболонки і з’єднується з базальними структурами.

Базальне тіло - складна структура, яка відповідає за генерацію руху, складається з 9 поліпептидів (9000 до 60000 Да). Ультратонка структура базального тіла грамнегативної бактерії E.coli характеризується наявністю 4 кілець, які контактують з різними структурними елементами мембрани бактерії.

Кільце М – прикріплене до ПМ і з нього виходить стрижень джгутика.

Кільце S розташовано над ПМ і не з’єднане з жодними іншими клітинними структурами.

Кільця L та Р занурені у відповідні шари клітинної стінки і фіксують стрижень, що проходить крізь бактеріальну стінку. Можна припусти, що кільця S та М відповідають за генерацію руху.

Механізм роботи джгутика

Берг та Андерсен у 1973 році постулювали, що рух бактеріального джгутика є обертовим. Субструктура флагелярного мотора утворюється з багаточисельних копій білків, які синтезуються відповідними генами клітини. Флагелярний мотор – це обертальний мотор, в якому роль “ротора” виконують М- і S- кільця (М-кільце розміщене в плазматичній мембрані), а роль “статора” – трансмембранні білки MotA i MotB, які в плазматичній мембрані оточують М-кільце. М- і S- кільця утворюються переважно з білка FliF (25 копій) і деякої кількості білка FliG. З кільцями М і S жорстко зв’язані стрижень (“ведучий вал”), гак і довгий флагелярний філамент. Кільця L (знаходиться в зовнішній мембрані) і Р (вмонтоване в пептидоглікановий шар) виконують роль “втулки”, в якій з малим тертям і з великою частотою (до 300 Гц) може обертатися стрижень. Тільки S-кільце не контактує з мембранними структурами і знаходиться в міжмембранному просторі. Експериментальні дані вказують на те, що тільки з кільцем М пов'язане обертання джгутика.

Нем”язові форми рухомості

Рухомість еукаріотичних організмів.

У еукаріот рухомість виявляється головним чином завдяки сітці білкових філаментів, які утворюють опорно-руховий апарат клітини – цитоскелет. Рух клітини генерується за допомогою спеціальних мікротрубочок та мікрофіламентів, може здійснюватися двома способами:

Рух війок і джгутиків – одна з форм рухливості, притаманна найпростішим, сперміям, це мініатюрні волосинкоподібні утвори (250 нм). Кожна війка здійснює гребний рух, розрізняють 2 фази: активне пружне й зворотне.

Основними компонентами є мікротрубочки.

Мікротрубочки

Особливі внутрішньоклітинні структури, будова яких стала відома завдяки застосуванню методів електронної мікроскопії. У 1946 р. Джакус та Холл продемонстрували наявність однакових по діаметру трубчастих структур у війках Раrаmесium.

Мікротрубочки це довгі порожнисті циліндри, зовнішній діаметр - 24 нм, а внутрішній – 15 нм. У більшості клітин довжина мікротрубочок зазвичай не перевищує кілька мікрон, хоча в спеціалізованих клітинах, наприклад, у моторних нейронах центральної нервової системи трубочки можуть бути довжиною у кілька сантиметрів.

Стінка мікротрубочок (5 нм) побудована з повздовжньо орієнтованих протофібрил, які складаються з глобулярних субодиниць білка тубуліну.

Окрім того, що мікротрубочки мають пряме відношення до клітинної рухливості, вони приймають участь і в інших процесах:

• в підтриманні форми клітини,

• у внутрішньо клітинному транспорті речовин,

• в секреції клітинних продуктів,

• в рухливості хромосом при поділі клітини і

• можливо у реалізації сенсорних зв’язків,

• а також в переміщенні компонентів клітинної мембрани.

Вони можуть бути розсіяні по всій цитоплазмі або зібрані у організовані структури.

Війки та джгутики еукаріот - це спеціалізовані структури, що виходять за межі клітинної поверхні і здатні рухатись. Джгутики та війки можна досить легко відділити від клітин іноді достатньо енергійного струшування клітинної суспензії, що полегшує дослідження їх структури та хімічного складу.

Будова аксонеми

В центрі знаходиться пара мікротрубочок. Стінка кожної з центральних мікротрубочок утворена 13 повздовжніми рядами білкових субодиниць – протофібрил.

Центральну структуру оточують 9 розташованих по кільцю пар мікротрубочок. У дуплеті субфібрила (А) має замкнуту стінку і складається з 13 протофібрил. Субфібрила (В) має серповидний розріз і сполучається з субфібрилою А, складається з 10 протофібрил.

Кожна міктротрубочка А з’єднана з мікро-трубочкою В сусіднього дуплета з допомогою білка нексину. Від мікротрубочки А відходить у напрямку до центру радіальна спиця.

Додамо, що кожна мікртотрубочка А має подвійний ряд боковий ручок (їх довжина біля 14 нм) побудованих з білка дінеїну і спрямованих до сусіднього дуплету. Всі ці вирости розміщені вздовж субфібрили А на певній відстані: дінеїнові ручки - 24 нм, радіальні спиці - 29 нм і нексинові містки - 86 нм.

Спеціалізована структура – базальне тіло – з якої виходить джгутик знаходиться в цитоплазмі клітини біля основи джгутика. В базальному тілі поряд з мікротрубочками А та В є ще мікротрубочки С (10 протофібрилами) так, що по периферії війки розташовуються триплети мікротрубочок.

Ці триплети пов’язані між собою боковими виступами і прикріплені до центрального кільця радіальними спицями. Базальне тіло війки чи джгутика по своїй структурі нагадує центріоль. І базальне тіло і центріоль діють як організатори асоціації міктротрубочок.

Є ще одна цікава частина джгутика – комірець чи кільцевий валик, що оточує основу джгутика, де він виходить з клітини. На поперечних зрізах комірця в цій ділянці видно волокнисті структури з’єднання між периферичними дуплетами джгутика і внутрішніми шарами клітинної мембрани. Вони жорстко прикріплюють мікротрубочки в клітинній мембрані і беруть участь у русі джгутика

Молекулярна структура мікротрубочок

Мікротрубочки складаються із білку тубуліну, у вигляді димерів з молекулярною масою 100 кДа. Димери тубуліну розпадаються на мономерні глобули a- і b-тубуліну з М = 50 кДа (450 амінокислотних залишків). Мономери тубуліну полімеризуються, утворюючи довгі протофібрили.

Полімерізація починається з утворення димерів тубуліну, а потім b-тубулін одного димера зв'язується з a-тубуліном слідуючого димера. Утворюються стрічки із 13 тубулінових протофібрил, які потім скручуються в замкнуті циліндри, як це маємо в субфібрилі А. Незамкнуті мікротрубочки (субфібрила В) вміщують 10 протофібрил.

Нем”язові форми рухомості