Междинните нишки са характерна структура на еукариотните клетки. Те са самосглобяеми и химически устойчиви. Структурата и функциите на междинните филаменти се определят от характеристиките на връзките в протеиновите молекули. Те служат не само за формиране на клетъчното скеле, но също така осигуряват взаимодействието на органелите.
Общо описание
Филаментите са нишковидни протеинови структури, които участват в изграждането на цитоскелета. Според диаметъра те се разделят на 3 класа. Междинните нишки (IF) имат средна стойност на напречното сечение от 7-11 nm. Те заемат междинна позиция между микрофиламенти Ø5-8 nm и микротубули Ø25 nm, за което са получили името си.
Има 2 вида на тези структури:
- Lamine. Те са в ядрото. Всички животни имат ламинарни нишки.
- Цитоплазма. Те се намират в цитоплазмата. Предлага се в нематоди, мекотели, гръбначни животни. При последното някои видове клетки може да липсват (например в глиални клетки).
Местоположение
Междинните нишки са един от основните елементи на цитоскелета на живите организми, чиито клетки съдържат ядра (еукариоти). Прокариотите също имат аналози на тези фибриларни структури. Те не се намират в растителните клетки.
Повечето от филаментите са разположени в перинуклеарната зона и снопчета фибрили, които са разположени под плазмената мембрана и се простират от центъра до краищата на клетките. Особено много от тях има при онези видове, които са подложени на механично натоварване - в мускулите, епителните, а също и в клетките на нервните влакна.
Видове протеини
Както показват проучванията, протеините, които изграждат междинните филаменти, се разграничават в зависимост от вида на клетките и етапа на тяхната диференциация. Всички те обаче са свързани.
Междинните филаментни протеини са разделени на 4 вида:
- кератини. Те образуват полимери от два подтипа – кисели и неутрални. Молекулното тегло на тези съединения варира от 40 000-70 000 amu. м. В зависимост от тъканния източник, броят на различните хетерогенни форми на кератини може да достигне няколко десетки. Те се разделят на 2 групи според изоформата - епителни (най-многобройни) и рогови, които изграждат косата, рогата, ноктите и перата на животните.
- При втория тип се комбинират 3 вида протеини, имащи почти еднакво молекулно тегло (45 000-53 000 amu). Те включват: виментин (съединителна тъкан, сквамозни клетки,покриване на повърхността на кръвоносните и лимфните съдове; кръвни клетки) десмин (мускулна тъкан); периферин (периферни и централни неврони); глиален фибриларен кисел протеин (високо специфичен мозъчен протеин).
- Неврофиламентни протеини, открити в неврити, цилиндрични процеси, които пренасят импулси между нервните клетки.
- Протеини на ядрената ламина, която е в основата на ядрената мембрана. Те са предшествениците на всички други PF.
Междинните нишки могат да се състоят от няколко вида от горните вещества.
Свойства
Характеристиките на PF се определят от техните следните характеристики:
- голям брой полипептидни молекули в напречно сечение;
- силни хидрофобни взаимодействия, които играят важна роля в сглобяването на макромолекулите под формата на усукана супернамотка;
- образуване на тетрамери с високо електростатично взаимодействие.
В резултат на това междинните нишки придобиват свойствата на здраво усукано въже - те се огъват добре, но не се чупят. Когато се третират с реагенти и силни електролити, тези структури последните преминават в разтвор, тоест се характеризират с висока химическа стабилност. И така, след пълната денатурация на протеиновите молекули в уреята, нишките могат да се сглобят независимо. Протеините, въведени отвън, бързо се интегрират във вече съществуващата структура на тези съединения.
Структура
По своята структура междинните нишки не са разклонениполимери, които са способни както на образуване на макромолекулни съединения, така и на деполимеризация. Тяхната структурна нестабилност помага на клетките да променят формата си.
Въпреки факта, че филаментите имат разнообразен състав според вида на протеините, те имат еднакъв структурен план. В центъра на молекулите има алфа спирала, която има формата на дясна спирала. Образува се от контакти между хидрофобни структури. Структурата му съдържа 4 спирални сегмента, разделени от къси неспирални секции.
В краищата на алфа спиралата има домейни с неопределена структура. Те играят важна роля в сглобяването на нишките и взаимодействието с клетъчните органели. Техният размер и протеинова последователност варират значително между различните видове IF.
Изграждане на протеин
Основният строителен материал за PF са димерите - сложни молекули, съставени от две прости. Обикновено те включват 2 различни протеина, свързани с пръчковидни структури.
Цитоплазменият тип филаменти се състои от димери, които образуват нишки с дебелина 1 блок. Тъй като те са успоредни, но в противоположна посока, няма полярност. Тези димерни молекули могат по-късно да образуват по-сложни.
Функции
Основните функции на междинните нишки са както следва:
- осигуряване на механичната здравина на клетките и техните процеси;
- адаптация към стресови фактори;
- участие вконтакти, които осигуряват силна връзка на клетките (епителна и мускулна тъкан);
- вътреклетъчно разпределение на протеини и органели (локализация на апарата на Голджи, лизозоми, ендозоми, ядра);
- участие в липидния транспорт и сигнализирането между клетките.
PF също засяга митохондриалната функция. Както показват лабораторните експерименти върху мишки, при тези индивиди, които нямат гена desmin, вътреклетъчното подреждане на тези органели е нарушено и самите клетки са програмирани за по-кратък живот. В резултат на това консумацията на кислород в тъканите е намалена.
От друга страна, наличието на междинни филаменти допринася за намаляване на митохондриалната мобилност. Ако виментин се въведе изкуствено в клетката, тогава IF мрежата може да бъде възстановена.
Медицинско значение
Нарушенията в синтеза, натрупването и структурата на PF водят до появата на някои патологични състояния:
- Образуване на хиалинови капки в цитоплазмата на чернодробните клетки. По друг начин те се наричат тела на Малори. Тези структури са IF протеини от епителен тип. Те се образуват при продължително излагане на алкохол (остър алкохолен хепатит), както и при нарушение на метаболитните процеси при първичен хепатоцелуларен рак на черния дроб (при пациенти с вирусен хепатит В и цироза), със стагнация на жлъчката в черния дроб и жлъчния мехур. Алкохолният хиалин има имуногенни свойства, което предопределя развитието на системна патология.
- Когато гените мутират,отговорен за производството на кератини, възниква наследствено кожно заболяване - булозна епидермолиза. В този случай има нарушение на прикрепването на външния слой на кожата към базалната мембрана, която я отделя от съединителната тъкан. В резултат на това се образуват ерозия и мехурчета. Кожата става много чувствителна към най-малките механични повреди.
- Образуване на сенилни плаки и неврофибриларни преплитания в мозъчните клетки при болестта на Алцхаймер.
- Някои видове кардиомиопатия, свързани с прекомерно натрупване на PF.
Надяваме се, че нашата статия е отговорила на всичките ви въпроси.
