Bài 4 2 myosin, vi ống, sợi trung gian

Nhị phân tử a, btubulin là đơn vị cấu trúc cơ bản của MT.Tìm thấy ở tất cả eukaryote Nhị phân tử này không tách rời nhau một khi chúng được hình thành Hai dị phân tử rất ổn định, tất cả các tubulin được depolymer hóa để ở dạng nhị phân tử, dạng đơn phân tử không được phát hiện. Trình tự có tính bảo tồn cao trong tiến hóa Cả hai phân tử alpha và beta tubulin đều bám với GTP hoặc GDP Betatubulin thủy phân GTP thành GDP trong ống nhưng không phải khi ở dạng nhị phân tử trong dung dịch Alphatubulin luôn ở dạng GTP

Chương IV

Khung và sự vận động của tế bào

Các thành phần của cytoskeleton

*Có một số trao đổi thông tin giữa 3 thành phần nhưng chúng chủ yếu là độc lập với nhau.

VI ỐNG

Chức năng

– Hỗ trợ cấu trúc và sự di chuyển của tế bào

• Di chuyển NST trong quá trình phân bào

VI ỐNG: MICROTUBULES

Thành phần cấu trúc của MTs

• Nhị phân tử   -tubulin là đơn vị tubulin là đơn vị

cấu trúc cơ bản của MT Tìm thấy

ở tất cả eukaryote

•Nhị phân tử này không tách rời

nhau một khi chúng được hình

trong tiến hóa

•Cả hai phân tử alpha và beta

tubulin đều bám với GTP hoặc

Sự sắp xếp các sợi tiền thân: “protofilament”

Động học của MTs

•Sự polymer hóa của dị phân tử

tubulin được mô tả bởi nồng độ

tới hạn Cc giống với sự polymer

hóa actin thành vi sợi

•Cc khác nhau ở hai đầu

•Trong tế bào, đầu – thường được

bọc mũ, tức sự kéo dài và làm

ngắn lại chủ yếu xảy ra ở đầu +

•GTP trong beta –tubulin được

thủy phân hóa thành GDP khi

protein có mặt trong MT ) Alpha

tubulin luôn ở dạng GTP

•Nếu các tiểu đơn vị tubulin được

gắn vào đủ nhanh, một beta-tubulin là đơn vị

tubulin/ mũ GTP luôn có mặt ở

đầu đang tăng trưởng

*Nếu nồng độ tubulin ở giữa Cc của hai đầu và nếu cả hai đầu ở trạng thái tự do, hiện tượng xoay vòng sẽ xuất hiện

Sự phụ thuộc nhiệt độ của MT

Thực nghiệm quan sát sự sinh trưởng của MT có tính phân cực

* Chuẩn bị các đoạn của lông roi

•Bổ sung dung dịch các nhị phân tử tubulin

• Thêm (và mất) xảy ra chủ yếu ở đầu +

Tính không ổn định của sự tổng hợp MT

Tính không ổn định về động học của MT

•Các đầu cuối trông tương đối nhẵn

• Đầu co ngắn lại trông lộn xộn như thể các sợi

protofilament uốn cong lại

• Photo là MT chuẩn bị bởi cryoEM (độ phân giải thấp, không nhuộm hay cố định

mẫu)

•Dạng GTP – tubulin bọc mũ ở đầu

+

•Trường hợp trên xảy ra khi đầu +

phát triển quá nhanh

•Nếu sự tăng trưởng diễn ra chậm

(ví dụ nông độ các dị phân tử tự do

ở dạng GTP thấp), sự thủy phân

GTP sẽ tăng cường ở đầu cuối

•Việc này dẫn đến sự mất đi của mũ

GTP và sự depolymer hóa nhanh

chóng ở đầu +

•Năng luwongj từ sự thủy phân

GTP thành GDP được dự trữ trong

ống Nếu mũ GTP bị mấy đi ở đầu

+, năng lượng dự trữ này gây ra sự

de polymer hóa nhanh chóng bằng

cách uốn cong lại các phân tử

tubulin

Tính không ổn định về động học sợi MT

*MTOC có các tên khác nhau ở các tế bào khác nhau hoặc các tế bào ở các giai đoạn khác nhau.

•Đầu - của MTs được gắn với MTOC

• Trừ một vài ngoại lệ, đầu âm luôn gần với màng sinh chất

Trong tế bào, MT được phát triển từ MTOC

Trung thể (centrioles) và MTOC

Tất cả các tế bào eukaryote đều có một MTOC Ở tế bào động vật được gọi là các thể trung tâm (trung thể).

Ở tế bào động vật, thể trung tâm bao gồm 2 trung thể

Không phải tất các các tế bào nhân thật đều có trung thể Chức năqng của trung thể là chưa rõ

MT tỏa ra từ vùng khuyếch tán hạt xung quanh trung thể, ví dụ đầu cuối âm được gắn ở vùng này

Thể trung tâm (centrosome), là một tập hợp các protein khác nhau hay còn gọi

là microtubule organizing

center (MTOC)

Phức hợp gamma tubulin vòng (gammar-TURC) hoạt hóa sự lắp ráp vi ống

•Gamma-tubulin là một họ hàng của alpha và beta Protein được sản sinh với một lượng nhỏ

•Gamma-tubulin hình thành một phức hợp với các protein khác ơt MTOC và hoạt hỏatugn tâm phát triển MT

• Thực nghiệm chứng minh có thể được tiến hành với huỳnh quang miễn dịch sử dụng kháng thể cho gamma-tubulin (red dot in a)

Sự phát triển của MTs từ MTOC

Thí nghiệm:

•Xử lý tế bào với hóa chất (colchicine) có tác dụng depolymer hóa MTs

•Rửa sạch hóa chất và quan sát sự tái phát triển từ MTOC sử dụng huỳnh quang miễn dịch

Sự điều hòa về cấu trúc và động học của Vi ống

Nhiều protein bám vào MTs, tham gia điều hòa chức năng và

tổ chức ủa MTs

•Phân tách các protein liên kết với MT (MAPs ) dựa trên khả năng cùng làm sách với Mt được chuẩn bị bởi các chu trình

polymer và depolymer hóa

•Nhiều MAPs có tính đặc hiệu mô

•Một số MAPs ổn định MT

•Một số MAPs liên kết ngang với MT

•Chức năng cảu MAPs trong việc ổn định và liên kết nối có

thể được điều khiển bởi sự phosphoryl hóa bởi protein kinases đặc hiệu

Không gian trong MT phụ thuộc vào MAPs

•Thí nghiệm: biểu hiện quá (overexpress) MAP2 hoặc Tau trong tế bào côn trùng bằng cách lây nhiễm với DNA tương ứng

• Dùng TEM lớp mỏng

để quan sát MT trong các quá trình tế bào (sự phát triển từ trong tế bào)

•Trong các tế bào này, các protein liên kết MT quyết định khoảng cách không gian giữ các mặt của MT

Các protein làm giảm tính bền vững ở các đầu cuối của vi ống

Các hợp chất ảnh hưởng đến MT

Kinesin và Dynein là các protein điều hòa sự vận

động của MT

Cấu trúc của kinesin

Thực nghiệm về hoạt tính của Kinesin in vitro

Thực nghiệm về hoạt tính của kinesin in vitro

•Nếu MT được cố định (tấm lam kính), có thể quan sát

sự chuyển động Yêu cầu ATP

•Nếu Kinesin được cố định và bổ xung MTs, có thể quan

sát chúng chuyển đông

Kinesin-tubulin là đơn vị 1 dùng ATP để “đi bộ” dọc theo MT

Dynein protein vận chuyển các bào quan về phía đầu -tubulin là đơn vị của MT

Dynein của lông roi và lông mao

*Dynein có kích thước lớn và

phức tạp nhưng chia xẻ cùng

với Myosins và Kinesins vùng

đầu là ATPase và “đi bộ” dọc

* Không giống kinesins, ‘hàng

hóa’ cần vận chuyển gắn gián

tiếp vứi chuỗi nặng của

Dynein quan một số protein

liên quan khác

Cấu trúc của Dynein tế bào chất

Sự vận chuyển các bào quan nhờ các protein di chuyển trên vi ống

Sự di chuyển của các hạt sắc tố trong tế bào

melanophore của ếch

Lông mao và lông roi các các bào quan di chuyển

dựa trên cấu trúc của MT

•Lông roi có kích thước khá lớn (mm) trong khi lông mao có kích thước nhỏ hơn (micron), nhưng cơ chế di chuyển “beating”

MT được tìm thấy ở nhiều vị trí khác nhau và có cùng cấu trúc

Tổ chức cấu trúc của lông mao và lông roi

Hiện tượng bơi nhờ long roi

MT và quá trình phân bào

Thoi phân bào chứa 3 loại MT

Intermediate Filaments

Sợi trung gian

+ Có mặt ở hầu hết động vật nhưng không có ở thực vật

protein khác nhau, có tính đặc hiệu mô

• > 50 genes

• 6 nhóm chính

Intermediate Filaments (IF)

Topic 6-2 62

Intermediate Filaments- Các nhóm

Các thuộc tính của các sợi trung gian và các

protein liên kết với IFs

• Ifs là dạng cấu trúc, chúng không liên quan đến sự vận động hay chuyên trở vật chất Không có protein vận động nào liên kết với IF đã được phát hiện

•Ifs rất bền vững, hầu hết cần dung dịch biến tính để hòa tan Các protein sau tinh chế có thể tái cấu trúc lại Ifs (ví dụ keratin, thành phần chính của tóc, móng, da)

•Protein IF không liên kết với các nucleotides

•Sự polymer và depolymer hóa protein Ifs được điều khiển bởi sự

phosphoryl hóa trong một số trường hợp (ví dụ lamins)

Topic 6-2 65

Sự lắp ráp IF

as simple as abcdefg

central rod domain

bundles of 8 tetramers

Sự kết hợp của Keratin vào IFs

Plectin nối Vimentin IMFs và Microtubules

Ifs trung tâm được cấu tạo bởi lamins hình thành nên

dạng mạng ‘web’ thay cho dạng dây ‘rope’

•Lamins polymer hóa thành một mạng lưới nằm dười màng nhân

• Sự polymer hóa này được đảo ngược bởi phosphoryl hóa, là quá trình hoạt hóa sự phá vỡ vỏ nhân (nuclear envelope) trước phân bào

Các bệnh gây ra do các đột biến trong IF

Epidermolysis bullosa simplex

– Hình thành các mảng rộp/ bỏng do thiếu các bó sợi keratin bình

thường

Alzheimer’s disease

– Gây ra bởi sự thay đổi trong cấu trúc neurofilaments trong não

Alcoholic liver cirrhosis

– Sự tích lũy các sợi keratin hình thành các dạng thể vùi (mallory

bodies ) trong gan

Tổng quan về các thuộc tính vật lý và chức năng của 3 hệ thống khung tế bào ở tế bào động vật

A cell is a living unit greater than the sum of its parts

F-actin