Filamentele intermediare sunt o structură caracteristică celulelor eucariote. Sunt auto-asamblate și rezistente chimic. Structura și funcțiile filamentelor intermediare sunt determinate de caracteristicile legăturilor din moleculele de proteine. Acestea servesc nu numai la formarea schelei celulare, ci și asigură interacțiunea organelelor.
Descriere generală
Filamentele sunt structuri proteice filamentoase care participă la construcția citoscheletului. În funcție de diametru, acestea sunt împărțite în 3 clase. Filamentele intermediare (IF) au o valoare medie a secțiunii transversale de 7-11 nm. Ocupă o poziție intermediară între microfilamente Ø5-8 nm și microtubuli Ø25 nm, pentru care și-au primit numele.
Există 2 tipuri de aceste structuri:
- Lamine. Sunt în miez. Toate animalele au filamente laminare.
- Citoplasmatic. Ele sunt localizate în citoplasmă. Disponibil în nematode, moluște, vertebrate. În cel din urmă, unele tipuri de celule pot fi absente (de exemplu, în celulele gliale).
Locație
Filamentele intermediare sunt unul dintre elementele principale ale citoscheletului organismelor vii ale căror celule conțin nuclei (eucariote). Procariotele au, de asemenea, analogi ai acestor structuri fibrilare. Nu se găsesc în celulele vegetale.
Majoritatea filamentelor sunt situate în zona perinucleară și mănunchiuri de fibrile, care sunt situate sub membrana plasmatică și se extind de la centru până la marginile celulelor. Există mai ales multe dintre ele la acele specii care sunt supuse la stres mecanic - în mușchi, epiteliu și, de asemenea, în celulele fibrelor nervoase.
Tipuri de proteine
Așa cum arată studiile, proteinele care alcătuiesc filamentele intermediare se disting în funcție de tipul de celule și de stadiul diferențierii acestora. Cu toate acestea, toate sunt legate.
Proteinele din filament intermediar sunt împărțite în 4 tipuri:
- Keratine. Ele formează polimeri din două subtipuri - acide și neutre. Greutatea moleculară a acestor compuși variază între 40.000-70.000 amu. m. În funcție de sursa de țesut, numărul diferitelor forme eterogene de cheratine poate ajunge la câteva zeci. Ele sunt împărțite în 2 grupe după izoforme - epiteliale (cele mai numeroase) și cornoase, care alcătuiesc părul, coarnele, unghiile și penele animalelor.
- În al doilea tip se combină 3 tipuri de proteine, având aproape aceeași greutate moleculară (45.000-53.000 amu). Acestea includ: vimentină (țesut conjunctiv, celule scuamoase,căptușirea suprafeței vaselor de sânge și limfatice; celule de sânge) desmin (țesut muscular); periferină (neuroni periferici și centrali); proteină acidă fibrilă glială (proteină cerebrală foarte specifică).
- Proteine de neurofilament găsite în neurite, procese cilindrice care transportă impulsuri între celulele nervoase.
- Proteine ale laminei nucleare care stă la baza membranei nucleare. Ei sunt precursorii tuturor celorl alte PF.
Filamentele intermediare pot consta din mai multe tipuri de substanțe de mai sus.
Proprietăți
Caracteristicile PF sunt determinate de următoarele caracteristici:
- număr mare de molecule polipeptidice în secțiune transversală;
- interacțiuni hidrofobe puternice care joacă un rol important în asamblarea macromoleculelor sub forma unei superbobine răsucite;
- formarea de tetrameri cu interacțiune electrostatică ridicată.
Ca urmare, filamentele intermediare capătă proprietățile unei frânghii răsucite puternice - se îndoaie bine, dar nu se rup. Când sunt tratate cu reactivi și electroliți puternici, aceste structuri sunt ultimele care intră în soluție, adică se caracterizează printr-o stabilitate chimică ridicată. Deci, după denaturarea completă a moleculelor de proteine din uree, filamentele se pot asambla independent. Proteinele introduse din exterior sunt rapid integrate în structura deja existentă a acestor compuși.
Structură
După structura lor, filamentele intermediare sunt neramificatepolimeri care sunt capabili atât de formarea de compuși macromoleculari, cât și de depolimerizare. Instabilitatea lor structurală ajută celulele să-și schimbe forma.
În ciuda faptului că filamentele au o compoziție diversă în funcție de tipul de proteine, au același plan structural. În centrul moleculelor se află o spirală alfa, care are forma unei spirale drepte. Se formează prin contacte între structuri hidrofobe. Structura sa conține 4 segmente spiralate separate prin secțiuni scurte non-spirale.
La capetele helixului alfa sunt domenii cu o structură nedefinită. Ele joacă un rol important în asamblarea filamentelor și interacțiunea cu organitele celulare. Mărimea și secvența lor proteică variază foarte mult între diferitele specii de IF.
Clădire proteine
Materialul principal de construcție pentru PF sunt dimerii - molecule complexe compuse din două simple. De obicei, acestea includ 2 proteine diferite conectate prin structuri în formă de tijă.
Tipul citoplasmatic de filamente este format din dimeri care formează fire de 1 bloc grosime. Deoarece sunt paralele, dar în direcție opusă, nu există polaritate. Aceste molecule dimerice pot forma ulterior altele mai complexe.
Funcții
Principalele funcții ale filamentelor intermediare sunt următoarele:
- asigurarea rezistenței mecanice a celulelor și a proceselor acestora;
- adaptare la factorii de stres;
- participarea lacontacte care asigură o conexiune puternică a celulelor (țesutul epitelial și muscular);
- distribuția intracelulară a proteinelor și organelelor (localizarea aparatului Golgi, lizozomi, endozomi, nuclei);
- participarea la transportul lipidelor și semnalizarea între celule.
PF afectează și funcția mitocondrială. După cum arată experimentele de laborator pe șoareci, la acei indivizi cărora le lipsește gena desmină, aranjamentul intracelular al acestor organite este perturbat, iar celulele în sine sunt programate pentru o durată de viață mai scurtă. Ca rezultat, consumul de oxigen al țesuturilor este redus.
Pe de altă parte, prezența filamentelor intermediare contribuie la scăderea mobilității mitocondriale. Dacă vimentina este introdusă artificial în celulă, atunci rețeaua IF poate fi restabilită.
Semnificația medicinei
Încălcări în sinteza, acumularea și structura PF duce la apariția unor stări patologice:
- Formarea picăturilor hialine în citoplasma celulelor hepatice. Într-un alt fel, ele sunt numite corpuri Mallory. Aceste structuri sunt proteine IF de tip epitelial. Ele se formează cu expunerea prelungită la alcool (hepatită alcoolică acută), precum și o încălcare a proceselor metabolice în cancerul hepatic primar hepatocelular (la pacienții cu hepatită virală B și ciroză), cu stagnarea bilei în ficat și vezica biliară. Hialina alcoolică are proprietăți imunogene, care predetermina dezvoltarea patologiei sistemice.
- Când genele suferă mutații,responsabilă de producerea de keratine, apare o boală ereditară a pielii - epidermoliza buloasă. În acest caz, există o încălcare a atașării stratului exterior al pielii de membrana bazală care o separă de țesutul conjunctiv. Ca urmare, se formează eroziune și bule. Pielea devine foarte sensibilă la cele mai mici daune mecanice.
- Formarea de plăci senile și încurcături neurofibrilare în celulele creierului în boala Alzheimer.
- Unele tipuri de cardiomiopatie asociate cu acumularea excesivă de PF.
Sperăm că articolul nostru v-a răspuns la toate întrebările.
