1

Cytoskelet

K čemu cytoskelet slouží?

− prostorová organizace cytoplasmy

− tvar buňky, polarita buňky

− cytokineze (buněčné dělění)

− vnitrobuněčný transport

− pohyb buněk

− příjem/integrace/předávání signálů

− mezi buňkou a okolním prostředím

− mezi vnitrobuněčnými strukturami

Tři typy filament: mikrofilamenta + mikrotubuly + intermediální filamenta

Mikrofilamenta - Aktinová filamenta; základní stavební jednotkou je aktin. Jsou

tvořena dvěma jednotlivými protofilamenty, která jsou okolo sebe obtočena a vytváří alfa

šroubovici. Hlavní funkce je, že se podílí na deformacích plazmatické membrány, na

kontrakcích a také na migraci – umožňují pohyb buněk.

Mikrotubuly – dimer tubulinu, mitóza, vnitrobuněčný transport. Jsou složeny za

13 protofilament, uspořádaných do kruhové struktury. Vytváří dělící vřeténko, umožňuje,

aby se dceřiné chromozomy mohly posunout k opačným pólům buňky. Funkci mají také

při vnitrobuněčném transportu.

Itermediární filamenta - Prostupují víceméně celou cytoplazmu. Jejich funkce je

podpůrná, zvyšují mechanickou odolnost buňky. Jsou většinou ukotveny v těsných spojích,

hlavně tedy mechanická integrita buňky. Na rozdíl od předchozích dvou, která byla

tvořená je jedním typem proteinů, tak tato jsou tvořena různými typy proteinů – keratinem,

nestinem nebo neurofilamenty apod. (také jaderné laminy).

Filamenta = polymery

Nejsou to obrovské proteiny, ale nacházejí se ve dvou stavech – v jednotlivých malých

rozpustných podjednotkách, ale někdy se mohou spojit a

vytvořit jednotlivé polymery. Je to výhodné pro buňku.

Potřebuje měnit strukturu filament, pokud by byla tvořena

obrovským proteinem, tak by bylo velmi náročné měnit

konformaci. Byly by tam totiž kovalentní vazby, takto jsou

tam vazby vodíkové.

Ve všech

případech

jsou

filamenta

tvořena

více než

jedním protofilamentem. Kdyby nebyla, tak by byla

velmi nestabilní. Když jsou filamenta seskupena z více

protofilament, tak je možno energeticky rozlišit mezi

rozbitím filamenta uprostřed (rozbití pět vazeb) anebo

zkrácení od kraje (stačí rozbít jednu vazbu).

Energeticky výhodnější je filamenta zkracovat. Buňka

tak může regulovat jejich poly a depolymerizaci.

Pevnější filamenta mohou být tvořena z protáhlých

podjednotek (např. intermediární filamenta)

Když jsou podjednotky protáhlé, mají mnohem silnější

vazby. Energeticky je ale mnohem složitější je

depolymerizovat. Intermediární filamenta nejsou tak

dynamická, jako aktinová filamenta nebo mikrotubuly

(obr. níže).

Aktin je vysoce konzervovaný protein, 375 aa, 43 kD. Je to nejčetnější protein

živočišné buňky. V jedné buňce je cca. 30 000 různých proteinů. V nesvalových

buňkách: 1-5% aktinu.

Funkce aktinových filament − Aktinová filamenta jsou koncentrována pod povrchem plasmatické

membrány (tzv. buněčný cortex) a napomáhají mechanické odolnosti buňky. − Sestavování aktinových filament může určovat tvar buňky a umožňovat

2

pohyb buňky. − Spojení aktinových filament s myozinem může vytvářet kontraktilní struktury (molekulové motory). Struktury, které jsou

schopné vyvinout nějakou sílu, jsou využívané např. ke svalové kontrakci. Dynamika krevních destiček Dramatické morfologické změny jsou výsledkem reorganizace aktinu připevněného k plasmatické membráně. Krevní destičky jsou diskovité malé buňky. V klidovém stavu se nic neděje, jakmile dojde k jejich aktivaci, tak dojde k obrovské morfologické změně. Zvětší se, v periferní oblasti začnou polymerizovat aktinová filamenta a roztahuje se, jakmile vše skončí, tak zase dochází k jejich depolymerizaci.

Dvě formy aktinu v buňce

G- aktin (globulární) – jedna podjednotka, volně rozpuštěná. Je

polarizovaná má (+) a (–) konec. I aktinová filamenta jsou stejným

způsobempolarizovaná. Aktin má vazebné místo pro ATP.

F- aktin – jednotlivé G-podjednotky polymeruzují a vytváří aktinová

filamenta (mikrfilamenta). Na (+) koncích filamena preferenčně roste, na –

konci preferenčně odpadají.

Nukleace aktinu pomocí ARP komplexu

Polymerizace aktinu in vitro. Aby filamentum vzniklo, je zapotřebí

proteinů – Arp 2 – Arp3. Tyto dva spolu s dalšími vytvářejí kondenzační

jádra, ta když se vytvoří, na ně se začnou navazovat vlastní G-aktinové

podjednotky a z

tohoto nukleačního

centra začne vznikat

nové filamentum.

Polymerizace aktinu in vitro

Když vezmeme aktinová filamenta a přidáme ATP a vodné fyziologické

prostředí a nepřidáme nukleární proteiny, tak bude trvat delší dobu, než se

vytvoří to

nukleární

centrum.

Když hned

na začátku

přidáme

nukleační proteiny Arp2 a Arp3, tak k polymerizaci dochází

okamžitě.

Regulace polymerizace aktinových filament in vivo

Aktin vázající proteiny

a) Profilin – aktivně vychytává jednotlivé G-

aktiny a katalyzuje přidávání těchto podjednotek

k plus konci. Profilin zdesetinásobuje normální

rychlost polymerizace mikrofilament.

b) Thymosin – má stejnou vazebnou sílu ke G-

aktinu, ale tím, že se naváže, tak zablokuje

přidávání k plus konci. Je to antagonista

Profilinu. Když převažuje Profilin, dochází

k urychlení polymerizaci, když thymosin, tak se

polymerizace zpomaluje a mikofilamenta se

zkracují.

Konce blokující proteiny (capping proteins)

Další z typů aktin vázajících protejinů, pomocí nichž může buňka regulovat dynamiku

aktinových filament. Jsou dvou typů:

a) takové, které se váží na (+) konec = blokují preferenčně rostoucí (+) konec, takže

dochází převážně k depolymerizaci z (–) konce a filamentum se začne zkracovat.

b) takové, které se váží na (–) konec = stabilizuje ho, zamezuje odpadávání

podjednotek, urychlí se polymerizace, protože (+) konec je volný a současně

nedochází k depolymerizaci.

3

Aktin vázající proteiny

• Profilin a thymosin

• Nukleační proteiny – vytvářejí

kondenzační jádra, ze kterých

vyrůstají nová filamenta

• Severing proteins – dokáží

rozstřihávat existující filamenta

• Gross-linking proteiny – spojují

aktinová filamenta do 2D či 3D

sítí

• Capping-proteins – blokují konce

• Side-binding proteins – váží se

laterálně k mikrofilamentům

• Bundling proteins – svazkující

filamenta – umožňují vytvářet

svazky, kdy jsou mikrofilamenta

uspořádávána paralelně

• Motorové proteiny – ve

spolupráci s aktinem dokáží

vytvářet nějakou sílu, kterou

může buňka dále používat.

Různé uspořádání aktinových filament –

V různých částech jsou různé typy

uspořádání aktinových filament. Pod povrchem plazmatické membrány je buněčný kortex, zajišťující mechanickou odolnost. U

filopodií jsou zase paralelní svazky aktinových filament apod.

Různé typy svazkujících (bundling) proteinů

Proteiny jsou různé velikosti, výsledné svazky aktinových vláken tak

vypadají různě. Alfa-aktinin – paralelní vlákna jsou celkem vzdálena

od sebe, vejde se mezi ně například myozin. Fimbrin je naopak

malý, myosin se tam nevejde, takže nemůže vytvářet kontraktilní

struktury s myozinem.

Mikrovily zvyšují povrch epiteliálních buněk (vpravo) – jednotlivé paralelní

aktinová vlákna spojená fimbrinem, nedostane se

mezi ně myozin, je to celkem rigidní struktura.

Regulace vazby aktinu k plazmatické

membráně ERM (erzin, radixin, moezin) –

Rodina ERM – jméno odvozeno od začátků

písmenek těch proteinů. Neplést si moezein a

myozin. ERM se mohou vyskytovat ve dvou

konformacích. Inaktivní konformace – když buňka obdrží nějaký signál, dojde k aktivaci,

protein se změní a aktivují se dvě vazebná místa. První je pro aktinová filamenta, druhé je

pro membránový protein. Aktivace bývá většinou pomocí fosforylace daného ERM proteinu.

4

Různé signály způsobují specifické reorganizace aktinového cytoskeletu

Aktinový cytoskelet je dynamická struktura. Na různé signály reaguje buňka

různě. Na prvním obrázku je buňka v klidovém stavu, bíle je označen

cytoskelet. Když buňka obdrží signál, tak během několika minut přeorganizuje

celý cytoskelet (B), vytvoří se stress-fibers, může to být během několika minut.

Jestliže buňka obdrží jiný signál (C), tak dojde k jiné přestavbě, dojde třeba

k zesílení okraje. Když obdrží signál z Cdc42, tak dojde k vytvoření zcela

odlišné struktury, jako je na obrázku D. Je to jedna a ta samá buňka, jen reaguje

na různé signály. Pouhou reorganizací aktinu dochází k tak dramatickým

změnám v architektuře buňky.

Ukázka pohybu buněk - Jestliže

buňka obdrží např. nutriční signál, dojde k polymerizaci aktinových filament na pravé

straně, dochází k tenzi, dojde k tvorbě filopodia, konec se odlepí od podložky a celá buňka

se to posune. Ani k tomu nejsou zapotřebí motorové proteiny.

Aktin v jádře? Dlouhou dobu se myslelo, že aktin je jen v cytoplasmě, v posledních

letech se zjišťuje, že je i v jádře a plní tam důležité funkce.

Funkce aktinu v eukaryotickém jádře

− Transkripce

− Přestavby chromatinu – podílí se na 3D umístění chromatinu v jádře

− Replikace DNA

− Kondenzace chromozomů – ve spolupráci s myosinem usnadňuje kondenzaci

chromozomů.

− Mitóza – spolu s mikrotubuly

− Jaderný transport

− Jaderná membrána – podílí se na její integritě

Mikrotubuly jsou tvořeny dimerem tubulin

Nejdůležitější funkce je během mitózy, kde vytváří dělící vřeténko a napomáhají k rozestupu jednotlivých chromozomů k opačným

pólům buňky. Dále se podílí se na vnitrobuněčném transportu.

Dimer tubulinu

Základní stavební jednotka mikrotubulů je dimer tubulinu, skládá se z alfa-tubulinu a beta-tubulinu. Jakmile se podjednotky

nasyntetizují, vytváří se dimer, který už se nerozpadá. Dimery tubulinu vytváří jednotlivá protofilamenta a 13 protofilament vytváří

mikrotubuly. Mají polarizované konce (+) a (-) konec. Plus konec preferenčně roste a (–) konec se preferenčně zkracuje. Je zde i

vazebné místo pro GTP, což je důležité pro stabilitu mikrotubulů, může dojít k hydrolýze na GDP.

α & β tubuliny, ~ 55 kDa, jsou homologické ale ne

identické. Oba mají nukleotidové vazebné místo. α -

Tubulin má navázaný GTP, které nehydrolyzuje. β -

Tubulin může mít navázaný GTP nebo GDP.

Za určitých podmínek β -tubulin může

hydrolyzovat navázaný GTP na GDP a Pi, uvolňovat Pi,

a vyměňovat navázaný GDP za GTP.

Mikrotubuly vznikají v tzv. organizačních centrech

(MTOC) tzv. centrozomech

Centrozom – skládá se ze dvou centriol. Jsou to

struktury, které jsou vytvářeny 9 triplety mikrotubulů. Je

to organizační centrum, ze kterého vyrůstají jednotlivé

nové mikrotubuly.

Centrozom živočišných buněk je hlavním centrem,

které organizuje mikrotubuly

Na povrchu proteinů jsou nukleační jádra. Tyto nukleační prstence

jsou vytvářeny Gama-tubulinem. Z těch pak vyrůstají nové mikrotubuly.

Mikrotubuly tedy nevznikají náhodně, ale pouze z organizačních center –

centrosomů.

5

Mikrotubuly jsou nukleovány svými organizačními centry. Gama tubulin vytváří prstenec a teprve na

něho se začnou navazovat jednotlivé dimery tubulinu a vytváří se nové mikrotubuly. Vpravo (A) je

klidová buňka, má jeden centrozom, ze kterého vyrůstají mikrotubuly. Jestliže dojde k dělení, tak dojde k

rozdělení centrozomu na dva (B) a pak dochází k rozchodu. Ad C) Každá řasinka má své organizační

centrum, ze kterého vyrůstají mikrotubuly

Interfáze a mitóza – mikrotubuly se při dělení uspořádávají do dělícího vřeténka a

navazují se ke kondenzovaným chromozomům v ekvatoriální rovině dělící se

buňky.

Stabilita mikrotubulů

Když se navazje GTP, je volně dostupné, tak mikrotubuly rostou. Jestliže dojde k

vyčerpání nebo je nízká koncentrace GTP, tak postupem času dojde k hydrolýze

GTP na GDP a dochází k odpadávání a depolymerizaci. GTP je tedy důležitý pro

růst a stabilitu. Buňka tak reguluje dynamiku mikrotubulů.

1. GTP-tubulin polymerizuje

2. GTP -> GDP

(po určité době)

3. GDP tubulin depolymerizuje

(pouze na konci mikrotubulu)

Dynamická nestabilita MT a MF – Jestliže na konci se nachází

GTP, tak to vlákno je rovné. Když dojde k hydrolýze z GTP na

GDP, tak dojde k mírné deformační změně a mikrotubuly

depolymerizují. Při napojení GTP se opět stabilizují.

Rozdíl mezi tubulinem s GTP a GDP

Dynamická nestabilita je podstatnou vlastností

mikrotubulů

V buňce neustále dochází k růstu a ke zkracování. Jestliže

není dostatek GTP, dochází ke konformační změně (dochází

ke třepení mikrotubulů)

Uspořádání MT protofilament

Mohou být uspořádány jako singlety (třináct protofilament), dublety nebo

jako triplety

Nejčastější je singlet, u bičíků dublety, u centriol triplety

6

Dynamika mikrotubulů je regulovány řadou vazebných proteinů

Např. MAP protein stabilizuje konce mikrotubulů, nedochází k

depolymerizaci i když je nedostatek GTP. Naopak catastrophin má

opačnou funkci, katalyzuje depolymerizaci mikrotubulů.

Capping proteins (dole)

Capping proteiny se vážou

na konce mikrotubulů a zajišťují

jejich stabilitu - ochranu proti

depolymerizaci. Jeden konec je

stabilizován na organizačním centru a

druhý konec je stabilizován na konec-

vázající protein.

.

MT jedy

Tyto mitotické jedy ovlivňují stabilitu mikrotubulů. Zastavují mitózu.

⚫ Colchicine, Nocodazole, Vinblastine depolymerizují MT- (vážou se na MT dimery a blokují jejich

polymerizaci) – depolymerizují tedy.

⚫ Taxol stabilizuje MT (blokuje depolymerizaci MT) – Má to vliv také na mitózu. Je účinným terapeutikem

proti nádorům. Taxol je účinný pro léčbu rakoviny prsu. Byl extrahován z tisu (Taxus brevifolia), dlouho

se nedařilo nasyntetizovat tuto látku uměle, takže tis byl v Californii skoro zničen.

Obě skupiny blokují mitózu a růst nádorů (chemo), má to i vedlejší následky, ovlivňují i další buňky, které se

potřebují dělit.

Intermediární filamenta = střední filamenta – keratin, nestin, neurofilamenta, aj. (také

jaderné laminy). Nejvíce odpovídají názvu cytosklelet, je to nejméně dynamická struktura. Jejich

hlavní funkcí je zajišťování mechanické pevnosti buňky a jádra. Mohou procházet přes celou

cytoplasmu a jsou ukotveny k plasmatické membráně. Intermediální filamenta – pouze v

živočišných buňkách, rostlinné buňky mají buněčnou stěnu, nepotřebují je. Výjimkou jsou jaderné

laminy, ty má i rostlinná buňka, jsou u všech eukaryotických buněk. Dokáží odolávat

deformačním silám, dokáží se také protahovat.

Intermediární filamenta posilují mechanickou odolnost buňky – V případě normálního epitelu

s IF buňky odolají mechanickému stresu. Jestliže IF chybí, nebo jsou poškozena, buňky

namáhaného epitelu se rozpadnou.

7

Struktura a skládání intermediárních filament

Mají dlouhou střední helikální oblast a dva

globulární konce, nejdříve se vytvoří dimer, pak se dva

dimery složí a vytvoří antiparalelní tetramer, potom se

dva tetramery spojí paralelně a celkové vlákno je

složeno z 8 tetramerů, z 32 jednotlivých vláken.

Jednotlivé tetramery se splétají do provazovitého

útvaru. Jedná se o velice pevné struktury, ale

s omezenou dynamikou (oproti mikrofilamentům a

mikrotubulům)

5 tříd proteinů IF – znát přibližně třídy a je

jich funkce a kde se nachází:

1 a 2: keratiny – epiteliální buňky a jejich deriváty:

tvrdé (nehty) a měkké (tělní dutina)

3: vimentin (mesenchymový původ: vimentin –

fibroblasty, desmin – svaly, GFAP – gliální buňky

4: neurofilamenta – L, M, H (M. W.) neurony

5: jaderné laminy – jaderná lamina euk. buněk

Diversita IF je tvořena

rozdílnými N- and C- konci

Střední části mají víceméně

stejné. Alfahelikální konec je

víceméně stejný u všech typů,

ale diverzita je způsobena

různými globulárními konci

proteinů.

Jaderná lamina se nachází v jádře, na vnitřní straně, vytváří

síťovitou strukturu, zajišťují mechanickou odolnost jaderné

membrány a prostorovou organizaci chromatinu. Pomocí

dalších proteinů se podílejí na 3D konformaci chromatinu v

buňce.

Rozpad jaderné laminy a jaderné membrány v průběhu

mitózy je spouštěn fosforylací jaderných laminů

Při dělení dochází k rozpadu plazmatické

membrány. To je spouštěno tím, že jaderné laminy jsou

fosforylovány. Protože mají kotvu, kterou jsou ukotveny v

plazmatické membráně, tak i po rozpadu zůstávají spojeny

s fragmenty jaderné membrány v průběhu meiózy a na konci

telofáze dochází po defosforylaci laminů k opětovnému fúzování těchto fragmentů a vytvoření nové jaderné membrány.

− M-cdk fosforyluje laminy A, B a C na počátku mitózy

− Isoprenylová kotva – udržuje laminy spojené s jadernou

membránou i po fosforylaci

− Rozpad jaderné laminy vede k následnému rozpadu jaderné

membrány

8

Motorové proteiny Máme dva základní typy:

a) aktino-myosinové motory

b) motory asociované s mikrotubuly

a) Aktino-myozinové motory

Mají globulární hlavičku a protáhlý konec (helikální část). Hlavička je společná

všem myozinům, je základem aktino-myozinového motoru. Na rozmezí obou

dvou těch částí je lehký řetězec, který je důležitý pro katalyzování konformačních

změn. Na obrázku jsou 3 typy z asi 7, které existují. Myozin II – funguje jako

dimer, dvě molekuly se dimerizují pomocí alfahelikálního řetězce. Myosin I se

podílí na transportu vezikulů nebo na pohybu celých organel v buňce.

Myosin II se vyskytuje ve svalových myofibrilách, hlavní protein

svalových kontrakcí a také se účastní na tvorbě stresových svazků

v nesvalových buňkách. Myosin V se podílí na stejných procesech jako

myosin I. Myosin II a myosin V jsou dimery, Myosin I je monomer

Aktino-myozinový motor umožňuje transport vezikulů v buňce (obr.

vlevo dole). Svalová vlákna nebo stresové svazky – máme dva dimery

myosinu, vytváří bipolární strukturu, zase pomocí konformačních

změn dochází k posunu proti sobě. Když je myozin ukotven v

plazmatické membráně, tak za využití energie ATP může docházet k

různým deformacím plazmatické membrány

Myozinové hlavičky se pohybují podél aktinových filament

Když vezmeme myozin a přilepíme ho ke sklíčku a následně dodáme

aktinová filamenta a energii ve formě ATP, tak můžeme pozorovat pohyb

aktinových filament na sklíčku.

Funkce myosinu v eukaryotické buňce

Aktino-myosinový motor je nezbytný pro buněčné dělení

Po té, co dojde k rozdělení jádra, tak se

potřebuje rozdělit i buňka. K tomu jsou třeba

antiparalelní svazky aktinových filament

uprostřed buňky. Jsou spojeny s myozinem a

za dodání energie zaškrcují plazmatickou

membránu uprostřed buňky až dojde

k vytvoření dvou samostatných dceřiných

buněk.

Experimentální důkaz potřeby myozinu II

pro cytokinezi – jestliže máme normální buněčnou kulturu, po

rozdělení jádra

se rozdělí i

buňka. Jestliže

geneticky nebo

pomocí specifické protilátky vyřadíme v buňce myozin II, dojde

jadernému dělení, ale nedojde k rozdělení buňky, vznikne tak jedna

mnohojaderná buňka.

9

Cyklus konformačních změn myozinu je spojený s hydrolýzou ATP

V klidovém stavu je myozinová hlavička ohnutá ve své energeticky výhodné

konformaci, po navázání ATP dojde k odpojení myozinové hlavičky od prvního aktinového

monomeru a po hydrolýze ATP dojde k narovnání hlavičky a po odštěpení fosfátu se posune

a naváže se na vedlejší aktinový monomer. Poté, co se ADP odštěpí, tak se hlavička vrací do

své původní konformace a právě při tom návratu dochází k silovému záběru a k posunu

dvou aktinových filament proti sobě = svalová kontrakce.

Kosterní svaly obsahují pravidelné uspořádání aktinových a myozinových vláken

V tzv. kosterních svalech jsou aktinová a

myozinová vlákna uspořádána

v pravidelných strukturách. Základní

podjednotka se nazývá sarkomera.

Sarkomera je ohraničena dvěma

strukturami = Z-disky, na ty jsou navázána

aktinová filamenta, uprostřed jsou navázána

myozinová filamenta.

Bipolární myosinová filamenta

Model sarkomery – 1970 – za pomocí všech konformačních změn (viz. cyklus

konformačních změn) dojde ke svalové kontrakci. Jedna kontrakce jedné sarkomery

představuje asi 600 nm. (Jedna sarkomera se

zkrátí asi o 600 nm). Když se kontrakce

sečtou, tak dochází k velkým svalovým

pohybům.

Udržování struktury sarkomery

Aktin je velmi dynamická struktura, jak je možné že neustále nepolymerizuje a

nedepolymerizuje? Aktinová filamenta jsou stabilizována na jednom konci připojením

na Z-disk a na druhém konci tropomodulinem (konec-vázající protein).

Proč mají filamenta v sarkomeře

stejnou délku?

Desmin a další přídavné proteiny stabilizují svalovou sarkomeru

Obří svalové proteiny – podílejí se na

organizaci toho svalového vlákna.

Titin: Třetí nejabundantnější svalový protein, M.W. 2,700,000! 25 000

aminokyselin, myozinová vazebná místa. Nebulin: M.W. 800,000, helikální struktura, obtočen kolem mikrofilament,

opakovaná aktin vazebná místa, délka nebulinu je shodná s délkou mikrofilament

Titin a Nebulin slouží jako „pravítka“ určující délku aktinových filament a umístění

myozinových svazků uprostřed v sarkomeře. Všechna aktinová filamenta v sarkomeře

jsou stejně dlouhá, myosinová filamenta jsou ukotvena přesně uprostřed sarkomery.

Mikrofilamenta začínají polymerizovat ze Z-disku podél nebulinu a tam, kde nebulin

končí se naváže tropomodulin a

polymerizaci ukončí. Na druhé

straně titin zajišťuje připojení

myozinových vláken uprostřed sarkomery. Další důležitou funkcí titinu je

zajišťování elasticity svalového vlákna i v klidovém stavu. To, že se titin

může natahovat je způsobeno jeho helikální strukturou. Titin spolu se Z-

disky zajišťuje integritu celé sarkomery.

10

Vápník spouští svalovou kontrakci

Když dojde vzruch k nervosvalové

ploténce, tak pomocí synapsí je signál

přenášen do svalové buňky, vzruch se šíří

dál až se dostane do transverzního tubulu,

který je v kontaktu s membránou, tam se

nachází napěťově ovládaný vápenatý kanál,

dojde k jeho otevření a vysoká koncentrace

vápníku uvnitř sarkoplazmatického retikula

má za následek, že se dostává ven. Aby ta

buňka dokázala vápník zase vrátit zpět do

sarkoplazmatického, tak se na jeho

membráně nachází vápenatá ATPáza, která

přečerpává vápník zpět do

sarkoplazmatického retikula.

Regulace svalové kontrakce

přídavné protein: tropomyosin (protein, vazající se na aktin, váže se podélně do žlábku, blokuje tím místa, kam se může vázat

myozin) a troponin, který po navázání vápenatých iontů změní konformaci své hlavičky, odsune

tropomyozin a tím odblokuje myozinová vazebná místa na aktinovém filamentu. Následně za

přítomnosti ATP může dojít ke svalové kontrakci.

b) „Mikrotubulové“ motory

Dělí se do dvou skupin i když jejich funkce je v podstatě stejná:

a) Pohybující se k plus konci mikrotubulů - kineziny

b) Pohybujíce se k mínus konci, dyneiny

Motorové proteiny: Vážou se k mikrotubulům a pohybují se

pomocí konformačních změn s využitím ATP. Konformační

změny jsou v podobném stylu,

jako u aktino-myozinového

motoru.

Struktura kinezinového motorového proteinu – je zde protein s globulární hlavičkou, alfa-

helikální konec, dvě molekuly jsou spletené helikálními konci, globulární hlavička se váže na

mikrotubuly, na opačném konci se nachází lehký řetězec, který je důležitý pro navázání

transportované látky nebo transportního

vezikulu.

11

Kinezin: motor k (+) konci (vpravo) – kinezinový motor naváže

transportní váček, „kráčí“ po mikrotubulu, dá se to opět ukázat

pomocí experimentu.

Kinezin „kráčí“ podél mikrotubulu (dole) – při navázání ATP

dojde ke konformační změně, při hydrolýze dojde k otočení a

myozin se pohybuje po mikrotubulu.

Mnoho různých motorových proteinů je asociováno s

membránovými vesikuly (vpravo)

Lysosomy i mitochodnrie, části ER mohou být transportovány,

na vnitrobuněčném transportu se podílí různé motorové proteiny.

Centrosom: cytoplasma; tvorba mikrotubulů

Tažení mikrotubulů dělícího vřeténka

Jsou důležité pro dělení jádra, pro rozchod dceřinných chromozomů do

opačných částí buněk. Mikrotubuly samy o sobě by to nedokázaly. Tato síla je

zajišťována cytoplazmatickým dyneinem a existujícími mikrotubuly. Motorem

je cytoplasmatický dynein.

Řasinky a bičíky eukaryotických buněk obsahují svazky dvojic

mikrotubulů Nacházejí se zde doublety mikrotubulů a mezi ně je navázán

dyneinový motor. Za přítomnosti ATP a volných mikrotubulů by docházelo k jejich posunu, ale protože v bičíku jsou mikrotubuly

spojeny napevno, mikrotubuly se nemohou posouvat a dochází k jejich a ve výsledku

k pohybu celého bičíku.

Pohyb dyneinu způsobuje ohyb bičíku (vpravo dole)

12

Mikrotubuly poskytují dráhy pro vnitrobuněčný transport I na

obrovské vzdálenosti např. v neuronech. Neurotransmitery jsou

syntetizovány v těle buňky, ale svou funkci mají až na konci v synapsích.

Pohyb pigmentových granulí

Za klidového stavu je pigment umístěn v

centru buňky, ale za stresu je transportován

ve váčcích až k povrchu buňky a buňka se

začne jevit jako tmavá.

Souhrn cytoskelet vs. buněčná kostra

prostorová organizace cytoplasmy

prostorová organizace jádra

cytokineze (buněčné dělení)

vnitrobuněčný transport

pohyb buněk