ACTIN: MGA KATANGIAN, ISTRAKTURA, FILAMENT, FUNCTION - BIOLOGY - 2025

Ang actin ay isang protina ng cytosolic na bumubuo ng mga microfilament. Sa eukaryotes, ang actin ay isa sa mga pinaka-masaganang protina. Halimbawa, kumakatawan sa 10% ng bigat ng kabuuang protina sa mga cell ng kalamnan; at sa pagitan ng 1 at 5% ng protina sa mga cell na hindi kalamnan.

Ang protina na ito, kasama ang mga intermediate filament at microtubule, ay bumubuo ng cytoskeleton, na ang pangunahing pag-andar ay ang kadaliang kumilos ng cell, pagpapanatili ng cell form, cell division at ang paggalaw ng mga organelles sa mga halaman, fungi at hayop.

Pinagmulan: Sarcomere.svg: David Richfield (Slashme user) derivative work: Retama

Ang mga isoform ng actin cytoskeleton ay may iba't ibang mga pag-andar, tulad ng: regulasyon sa pagbuo ng aktibong pag-igting sa makinis na kalamnan, siklo ng cell, pag-unlad ng embryo, pag-unlad ng tissue at pagpapagaling ng sugat.

Mula sa isang evolutionary point of view, ang actin ay isang mataas na naalagaang protina. Mayroong tungkol sa 90% pagkakasunud-sunod homology sa iba't ibang mga species. Sa mga unicellular organismo, ang isang solong gene ay nag-encode ng isang actin isoform. Samantalang sa maraming mga organismo ng multicellular, ang iba't ibang mga gene ay nagsasama ng maraming isoform ng actin.

Si Actin, kasama ang myosin, ay mga mahahalagang istruktura sa pagpapaunlad ng eukaryotic organismo at sa kanilang pag-iiba, dahil pinapayagan nila ang kilusan sa kawalan ng iba pang mga istraktura, tulad ng flagella at cilia.

Istraktura: mga filament ng actin

Ang Actin ay isang globular solong chain polypeptide protein. Sa kalamnan, ang actin ay may isang molekular na masa na humigit-kumulang na 42 KDa.

Ang protina na ito ay may dalawang domain. Ang bawat isa ay may dalawang subdomain, at isang agwat sa pagitan ng mga domain. Ang ATP - Ang Mg ^{+2 ay} nagbubuklod sa ilalim ng cleft. Ang amino at carboxyl termini ay nakakatugon sa subdomain 1.

Actin G at actin F

Mayroong dalawang pangunahing anyo ng actin: ang actin monomer, na tinatawag na G-actin; at isang filamentous polimer, na binubuo ng mga G-actin monomer, na tinatawag na F-actin.Ang mga filament ng Actin, na sinusunod ng mikroskopya ng elektron, ay may makitid at malawak na mga rehiyon, ayon sa pagkakabanggit 7 nm at 9 nm ang lapad.

Kasama ang filament, ang actin monomers ay bumubuo ng isang mahigpit na naka-pack na double helix. Ang isang paulit-ulit na yunit kasama ang filament ay binubuo ng 13 helice at 28 actin monomers, at may distansya na 72 nm.

Ang filament ng actin ay may dalawang dulo. Ang isa ay nabuo sa pamamagitan ng agwat na sumali sa ATP - Mg ⁺² , na matatagpuan sa parehong direksyon sa lahat ng mga actin monomer ng filament, na tinatawag na (-) katapusan; at ang kabilang dulo ay kabaligtaran, na tinatawag na (+) pagtatapos. Samakatuwid, ang aktor na filament ay sinasabing mayroong polarity.

Ang mga sangkap na ito ay madalas na kilala bilang microfilament, dahil ang mga ito ang mga sangkap ng cytoskeleton na may pinakamaliit na diameter.

Saan natin matatagpuan ang actin?

Ang Actin ay isang napaka-pangkaraniwang protina sa mga eukaryotic na organismo. Sa lahat ng mga cellular protein, ang actin ay nagkakaloob ng halos 5-10% - depende sa uri ng cell. Sa atay, halimbawa, ang bawat isa sa mga cell na bumubuo nito ay may halos 5,10 ^{8 mga} molekula na actin.

katangian

Ang dalawang anyo ng actin, monomer at filament, ay patuloy na nasa isang dynamic na balanse sa pagitan ng polymerization at depolymerization. Sa pangkalahatan, mayroong tatlong masiglang katangian ng hindi pangkaraniwang bagay na ito:

1) Ang mga filament ng actin ay karaniwang ng istraktura ng kalamnan tissue at ang cytoskeleton ng mga eukaryotic cells.

2) Ang polimerisasyon at depolymerization ay isang pabago-bagong proseso na kinokontrol. Kung saan ang polimerisasyon o pagsasama-sama ng G - ATP - Mg ⁺² actin monomers ay nangyayari sa parehong mga dulo. Kung ang prosesong ito ay nangyayari ay nakasalalay sa mga kondisyon ng kapaligiran at mga regulasyon na protina.

3) Ang pagbuo ng mga bundle at reticle, na bumubuo sa actin cytoskeleton, ay nagbibigay lakas sa liksi ng cell. Ito ay nakasalalay sa mga protina na kasangkot sa pagbuo ng mga cross-link.

Mga Tampok

Pagpapaliit ng kalamnan

Ang yunit ng pagpapaandar at istruktura ng kalamnan ng kalansay ay ang sarcomere, na mayroong dalawang uri ng mga filament: ang manipis na mga filament, na nabuo ng actin, at ang makapal na mga filament, na nabuo ng myosin. Ang parehong mga filament ay inayos nang halili, sa isang tumpak na geometric na paraan. Pinapayagan nila ang pag-urong ng kalamnan.

Ang manipis na mga filament ay naka-angkla sa mga rehiyon na tinatawag na Z discs .. Ang rehiyon na ito ay binubuo ng isang network ng mga hibla, kung saan natagpuan ang protina ng CapZ, at kung saan ang mga dulo (+) ng mga filament ng actin ay naka-angkla. Pinipigilan ng angkla na ito ang pagwawasak ng pagtatapos ng (+).

Sa kabilang banda, ang tropomodulin ay matatagpuan sa mga dulo (-) ng mga filament ng actin, at pinoprotektahan ang mga ito mula sa depolymerization. Bilang karagdagan sa actin, ang mga manipis na filament ay nagtataglay ng tropomyosin at troponin, na gumana upang makontrol ang mga pakikipag-ugnay sa actomyosin.

Paano nangyayari ang pag-urong ng kalamnan?

Sa panahon ng pag-urong ng kalamnan, ang makapal na mga filament ay nagsasagawa ng mga paggalaw ng pivoting, paghila ng manipis na mga filament papunta sa gitna ng sarcomere. Nagdudulot ito ng magaspang at manipis na mga hibla.

Kaya, ang haba ng makapal at manipis na mga filament ay nananatiling pare-pareho, ngunit ang overlap sa pagitan ng parehong mga filament ay nagdaragdag. Ang haba ng sarcomere ay bumababa dahil sa pag-angkla ng manipis na mga filament sa Z disc.

Paano mo ititigil ang pag-urong ng kalamnan?

Ang ATP ay ang pera ng enerhiya ng cell. Samakatuwid, halos palaging magagamit ito sa mga nabubuhay na tisyu ng kalamnan. Isinasaalang-alang ang nasa itaas, dapat mayroong mga mekanismo na nagpapahintulot sa pagpapahinga ng kalamnan at pag-aresto ng mga pagkontrata.

Dalawang protina, na tinatawag na tropomyosin at troponin, ay naglalaro ng isang pangunahing papel sa kababalaghan na ito. Ang mga ito ay nagtutulungan upang hadlangan ang mga nagbubuklod na site ng myosin (kaya pinipigilan ang pagbubuklod nito sa actin). Bilang isang resulta, ang kalamnan ay nakakarelaks.

Sa kabaligtaran, kapag namatay ang isang hayop nakakaranas ito ng isang kababalaghan na kilala bilang rigor mortis. Ang responsable para sa pagpapatigas ng bangkay na ito ay ang pagharang ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng myosin at actin, pagkaraan ng pagkamatay ng hayop.

Ang isa sa mga kahihinatnan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang pangangailangan para sa ATP para sa pagpapakawala ng dalawang molekulang protina. Ang lohikal, sa mga patay na tisyu ay walang pagkakaroon ng ATP at hindi maaaring mangyari ang paglabas na ito.

Iba pang mga uri ng paggalaw

Ang parehong mekanismo na inilalarawan natin (sa bandang huli ay susuriin natin ang mekanismo na pinagbabatayan ng paggalaw) ay hindi pinaghihigpitan sa mga pag-ikli ng kalamnan sa mga hayop. Ito ay may pananagutan para sa mga paggalaw ng amoeboidal na sinusubaybayan namin sa amoebae at sa ilang mga kolonyal na hulma.

Katulad nito, ang kilusang cytoplasmic na minamasid natin sa algae at sa mga halaman sa lupa ay hinihimok ng magkatulad na mga mekanismo.

Ang regulasyon ng actin filament polymerization at depolymerization

Ang pag-urong ng makinis na kalamnan ng kalamnan at mga cell ay gumagawa ng isang pagtaas sa F-actin at isang pagbawas sa G-actin. 2) pagpahaba, isang mabilis na hakbang; at 3) matatag na estado. Ang rate ng polymerization ay pantay sa rate ng depolymerization.

Ang filament ng actin ay mabilis na lumalaki sa dulo ng (+) kaysa sa dulo ng (-). Ang rate ng pagpahaba ay proporsyonal sa konsentrasyon ng mga actin monomers sa balanse na may filament ng actin, na tinatawag na kritikal na konsentrasyon (Cc).

Ang Cc para sa (+) dulo ay 0.1 µM, at para sa (-) dulo ay 0.8 µM. Nangangahulugan ito na ang 8 beses na mas kaunting konsentrasyon ng mga actin monomer ay kinakailangan upang polimerahin ang (+) pagtatapos.

Ang polymerization ng actin ay higit sa lahat na kinokontrol ng thymosin beta4 (TB4). Ang protina na ito ay nagbubuklod sa G actin at pinapanatili ito, na pinipigilan ito mula sa polimerizing. Samantalang ang profilin ay pinasisigla ang actin polymerization. Ang Profilin ay nagbubuklod sa mga actin monomer, pinadali ang polimerisasyon sa dulo (+), sa pamamagitan ng pag-ihiwalay ng actin-TB4 complex.

Ang iba pang mga kadahilanan tulad ng pagtaas ng mga ion (Na ⁺ , K ⁺ o Mg ⁺² ) ay pumapabor sa pagbuo ng mga filament.

Pagbuo ng actin cytoskeleton

Ang pagbuo ng actin cytoskeleton ay nangangailangan ng paggawa ng mga cross-link sa pagitan ng mga filament ng actin. Ang mga bono na ito ay nabuo ng mga protina, na ang mga pambihirang katangian ay: mayroon silang mga domain na nagbubuklod ng actin; marami ang may mga domain na homologous sa calponin; at ang bawat uri ng protina ay ipinahayag sa isang tiyak na uri ng cell.

Sa mga filopodia at mga hibla ng stress, ang mga cross-link sa pagitan ng mga filament ng actin ay ginawa ng fascina at filamin. Ang mga protina na ito, ayon sa pagkakasunud-sunod, ay nagiging sanhi ng mga filament ng actin na maging kahanay o may iba't ibang mga anggulo. Kaya, ang mga filament ng actin ay tumutukoy sa hugis ng cell.

Ang rehiyon ng cell na may pinakamataas na bilang ng mga filament ng actin ay matatagpuan malapit sa lamad ng plasma. Ang rehiyon na ito ay tinatawag na cortex. Ang cortical cytoskeleton ay isinaayos sa iba't ibang paraan, depende sa uri ng cell, at konektado sa lamad ng plasma sa pamamagitan ng nagbubuklod na mga protina.

Ang ilan sa mga pinakamahusay na inilarawan na cytoskeleton ay mga cell ng kalamnan, platelet, epithelial cells, at erythrocytes. Halimbawa, sa mga selula ng kalamnan, ang protina na nagbubuklod ng dystrophin ay nagbubuklod ng mga filament ng actin sa isang integral na glycoprotein complex sa lamad. Ang kumplikadong ito ay nagbubuklod sa mga extracellular matrix protein.

Modelong aksyon ng pakikipag-ugnay sa actin-myosin

Ang mga mananaliksik na pinamumunuan ni Rayment ay nagmungkahi ng isang apat na hakbang na modelo upang maipaliwanag ang pakikipag-ugnay ng actin at myosin. Ang unang hakbang ay nangyayari sa pamamagitan ng pagbubuklod ng ATP sa mga ulo ng myosin. Ang pagbubuklod na ito ay bumubuo ng isang pang-angkop na pagbabago sa protina, inilalabas ito mula sa actin sa maliit na filament.

Ang ATP ay pagkatapos ay hydrolyzed sa ADP, naglabas ng isang hindi organikong pospeyt. Ang molekula ng myosin ay nakakabit mismo sa isang bagong subunit ng actin, na bumubuo ng isang estado na may mataas na enerhiya.

Ang pagpapakawala ng mga tulagay na phosphate ay nagdudulot ng pagbabago sa myosin, bumalik sa paunang pagbuo at paggalaw ng maliit na filament, na may paggalang sa makapal na mga filament, nagaganap. Ang kilusang ito ay nagiging sanhi ng paggalaw ng dalawang dulo ng sarcomere, na pinagsasama silang magkasama.

Ang huling hakbang ay nagsasangkot ng pagpapalabas ng ADP. Sa puntong ito ang ulo ng myosin ay libre at maaaring magbigkis sa isang bagong molekulang ATP.

Kilusan ng cell na hinimok ng actin polymerization

Ang pag-crawling motility ay isang uri ng motility ng cell. Ang mga hakbang ng ganitong uri ng motility ay: projection ng adhesion leader axis patungo sa substrate; pagdirikit sa substrate; pag-urong sa likuran; at dis-adhesion.

Ang projection ng lider ng axis ay nangangailangan ng pakikilahok ng mga protina, na nakikilahok sa polymerization at depolymerization ng mga actin filament. Ang pinuno axis ay matatagpuan sa cell cortex, na tinatawag na lamellipodium. Ang mga hakbang sa projection ng axis ay:

- Pag-activate ng mga receptor sa pamamagitan ng extracellular signal.

- Pagbubuo ng mga aktibong GTPases at 4,5-bisphosphate phosphoinositol (PIP ₂ ).

- Pag-activate ng WASp / Scar at Arp2 / 3 na mga protina, na nagbubuklod sa mga actin monomer upang mabuo ang mga sanga sa mga actin filament.

- Mabilis na paglaki ng mga filament ng actin, sa pinalamutian ng myosin na dulo ng sanga. Ang lamad ay itinulak pasulong.

- Pagkumpleto ng pagpahaba na ginawa ng mga protina ng coat.

- Ang haydrolisis ng ATP na nakasalalay sa actin sa mas matatandang filament.

- Ang pagpapaliit ng actin-ADP ng mga filament na isinulong ng ADF / cofilin.

- Ang pagpapalitan ng ADP para sa ATP na-catalyzed ng profilin, na bumubuo ng G-ATP actin na handa nang magsimulang magpahaba ng mga sanga.

Mga sakit na nauugnay sa actin

Musstrular dystrophy

Ang dystrophy ng kalamnan ay isang degenerative disease ng kalamnan ng kalansay. Ito ay likas na minana at naka-link sa kromosomong X. Pangunahin nitong nakakaapekto sa mga lalaki na may mataas na dalas sa populasyon (isa sa bawat 3,500 na lalaki). Ang mga ina ng mga kalalakihang ito ay heterozygous asymptomatic, at maaaring kakulangan ng isang kasaysayan ng pamilya.

Mayroong dalawang mga anyo ng muscular dystrophy, Duchenne at Becker, at pareho ang sanhi ng mga depekto sa dystrophin gene. Ang mga depekto na ito ay binubuo ng mga pagtanggal na nag-aalis ng mga axon.

Ang dystrophin ay isang protina (427 KDa) na bumubuo ng mga cross-link sa pagitan ng mga filament ng actin. Mayroon itong isang domain na nagbubuklod ng actin sa N-terminus, at isang domain na nagbubuklod ng lamad sa C-terminus. Sa pagitan ng parehong mga domain mayroong isang ikatlong tubular domain na binubuo ng 24 tandem na pag-uulit.

Sa muscular cortical reticulum, ang dystrophin ay nakikilahok sa pagbubuklod ng mga filament ng actin sa membrane ng plasma sa pamamagitan ng isang glycoprotein complex. Ang kumplikadong ito ay nagbubuklod din sa mga extracellular matrix protein.

Sa mga pasyente na kulang ang functional dystrophin na may Duchenne muscular dystrophy, ang cortical cytoskeleton ay hindi sumusuporta sa lamad ng plasma. Dahil dito, ang plasma lamad ay nasira ng pagkapagod ng paulit-ulit na pag-ikli ng kalamnan.

Mga Sanggunian

1. Devlin, TM 2000. Biochemistry. Editoryal Reverté, Barcelona.
2. Gunst, SJ, at Zhang, W. 2008. Ang dinin cykopeyelet na aktibo sa makinis na kalamnan: isang bagong paradigma para sa regulasyon ng makinis na pag-urong ng kalamnan. Am J Physiol Cell Physiol, 295: C576-C587.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular at molekular na biology. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Mexico, Sāo Paulo.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Mga Prinsipyo ng biochemistry. WH Freeman, New York.
5. Pfaendtner, J., De La Cruz, EM, Voth, G. 2010. Actin filament remodeling by actin depolymerization factor / cofilin. PNAS, 107: 7299-7304.
6. Pollard, TD, Borisy, GG 2003. Cellular Motility na Hinimok ng Assembly at Pagwawakas ng Actin Filament. Cell, 112: 453-465.