Zwischenfilamente sind eine charakteristische Struktur eukaryotischer Zellen. Sie sind selbstorganisierend und chemisch beständig. Die Struktur und Funktion intermediärer Filamente wird durch die Eigenschaften von Bindungen in Proteinmolekülen bestimmt. Sie dienen nicht nur der Bildung des Zellgerüsts, sondern sorgen auch für das Zusammenspiel der Organellen.
Allgemeine Beschreibung
Filamente sind fadenförmige Proteinstrukturen, die am Aufbau des Zytoskeletts beteiligt sind. Je nach Durchmesser werden sie in 3 Klassen eingeteilt. Zwischenfilamente (IF) haben einen durchschnittlichen Querschnittswert von 7–11 nm. Sie nehmen eine Zwischenstellung zwischen Mikrofilamenten Ø5-8 nm und Mikrotubuli Ø25 nm ein, woher sie auch ihren Namen haben.
Es gibt 2 Arten dieser Strukturen:
- Lamine. Sie sind im Kern. Alle Tiere haben laminare Filamente.
- zytoplasmatisch. Sie befinden sich im Zytoplasma. Verfügbar in Nematoden, Mollusken, Wirbeltieren. In letzterem können einige Zelltypen fehlen (z. B. in Gliazellen).
Standort
Zwischenfilamente sind eines der Hauptelemente des Zytoskeletts lebender Organismen, deren Zellen Zellkerne enth alten (Eukaryoten). Prokaryoten haben auch Analoga dieser fibrillären Strukturen. Sie kommen nicht in Pflanzenzellen vor.
Die meisten Filamente befinden sich in der perinukleären Zone und in Bündeln von Fibrillen, die sich unter der Plasmamembran befinden und sich vom Zentrum bis zu den Rändern der Zellen erstrecken. Besonders viele davon gibt es bei Arten, die mechanischer Belastung ausgesetzt sind - in Muskel-, Epithel- und auch in Nervenfaserzellen.
Proteinarten
Wie Studien zeigen, werden die Proteine, aus denen die Intermediärfilamente bestehen, je nach Art der Zellen und dem Stadium ihrer Differenzierung unterschieden. Sie sind jedoch alle miteinander verwandt.
Zwischenfilamentproteine werden in 4 Typen unterteilt:
- Keratine. Sie bilden Polymere aus zwei Untertypen - sauer und neutral. Das Molekulargewicht dieser Verbindungen reicht von 40.000 bis 70.000 amu. m. Abhängig von der Gewebequelle kann die Anzahl verschiedener heterogener Formen von Keratinen mehrere zehn erreichen. Sie werden je nach Isoform in 2 Gruppen eingeteilt - epithelial (die zahlreichsten) und hornig, aus denen die Haare, Hörner, Nägel und Federn von Tieren bestehen.
- Beim zweiten Typ werden 3 Proteintypen kombiniert, die fast das gleiche Molekulargewicht haben (45.000-53.000 amu). Dazu gehören: Vimentin (Bindegewebe, Plattenepithel,Auskleidung der Oberfläche von Blut- und Lymphgefäßen; Blutzellen) Desmin (Muskelgewebe); Peripherin (periphere und zentrale Neuronen); Gliafibrilläres saures Protein (hochspezifisches Gehirnprotein).
- Neurofilament-Proteine, die in Neuriten gefunden werden, zylindrische Fortsätze, die Impulse zwischen Nervenzellen übertragen.
- Proteine der Kernlamina, die der Kernmembran zugrunde liegt. Sie sind die Vorläufer aller anderen PFs.
Zwischenfilamente können aus mehreren Arten der oben genannten Substanzen bestehen.
Eigenschaften
Die Eigenschaften des PF werden durch folgende Merkmale bestimmt:
- große Anzahl von Polypeptidmolekülen im Querschnitt;
- starke hydrophobe Wechselwirkungen, die eine wichtige Rolle bei der Anordnung von Makromolekülen in Form einer verdrillten Superspule spielen;
- Bildung von Tetrameren mit hoher elektrostatischer Wechselwirkung.
Infolgedessen erh alten die Zwischenfilamente die Eigenschaften eines stark gedrehten Seils - sie biegen sich gut, brechen aber nicht. Bei der Behandlung mit Reagenzien und starken Elektrolyten gehen diese Strukturen als letzte in Lösung, das heißt, sie zeichnen sich durch eine hohe chemische Stabilität aus. Nach der vollständigen Denaturierung von Proteinmolekülen in Harnstoff können sich die Filamente also selbstständig zusammensetzen. Von außen eingebrachte Proteine werden schnell in die bereits bestehende Struktur dieser Verbindungen integriert.
Struktur
Zwischenfilamente sind aufgrund ihrer Struktur nicht verzweigtPolymere, die sowohl zur Bildung makromolekularer Verbindungen als auch zur Depolymerisation fähig sind. Ihre strukturelle Instabilität hilft den Zellen, ihre Form zu ändern.
Trotz der Tatsache, dass die Filamente je nach Art der Proteine unterschiedlich zusammengesetzt sind, haben sie den gleichen Bauplan. Im Zentrum der Moleküle befindet sich eine Alpha-Helix, die die Form einer rechtsgängigen Helix hat. Es entsteht durch Kontakte zwischen hydrophoben Strukturen. Seine Struktur besteht aus 4 Spiralsegmenten, die durch kurze, nicht spiralförmige Abschnitte getrennt sind.
An den Enden der Alpha-Helix befinden sich Domänen mit unbestimmter Struktur. Sie spielen eine wichtige Rolle beim Aufbau der Filamente und bei der Interaktion mit Zellorganellen. Ihre Größe und Proteinsequenz variiert stark zwischen verschiedenen IF-Spezies.
Bauprotein
Das Hauptbaumaterial für PF sind Dimere – komplexe Moleküle, die aus zwei einfachen bestehen. Normalerweise bestehen sie aus 2 verschiedenen Proteinen, die durch stäbchenförmige Strukturen verbunden sind.
Der zytoplasmatische Typ von Filamenten besteht aus Dimeren, die 1 Block dicke Fäden bilden. Da sie parallel, aber in entgegengesetzter Richtung sind, gibt es keine Polarität. Diese dimeren Moleküle können später komplexere bilden.
Funktionen
Die Hauptfunktionen von Zwischenfilamenten sind wie folgt:
- Gewährleistung der mechanischen Festigkeit von Zellen und ihrer Prozesse;
- Anpassung an Stressoren;
- Teilnahme anKontakte, die eine starke Verbindung von Zellen (Epithel- und Muskelgewebe) gewährleisten;
- intrazelluläre Verteilung von Proteinen und Organellen (Lokalisierung des Golgi-Apparats, Lysosomen, Endosomen, Zellkerne);
- Beteiligung am Lipidtransport und der Signalübertragung zwischen Zellen.
PF beeinflussen auch die mitochondriale Funktion. Wie Laborversuche an Mäusen zeigen, ist bei Individuen, denen das Desmin-Gen fehlt, die intrazelluläre Anordnung dieser Organellen gestört und die Zellen selbst auf eine kürzere Lebensdauer programmiert. Dadurch wird der Sauerstoffverbrauch des Gewebes reduziert.
Andererseits trägt das Vorhandensein von intermediären Filamenten zu einer Abnahme der mitochondrialen Mobilität bei. Wird Vimentin künstlich in die Zelle eingebracht, kann das ZF-Netzwerk wiederhergestellt werden.
Medizin Bedeutung
Verletzungen in der Synthese, Akkumulation und Struktur von PF führen zur Entstehung einiger pathologischer Zustände:
- Bildung hyaliner Tropfen im Zytoplasma von Leberzellen. Auf andere Weise werden sie Mallory-Körper genannt. Diese Strukturen sind IF-Proteine vom epithelialen Typ. Sie entstehen bei längerer Alkoholexposition (akute alkoholische Hepatitis) sowie bei einer Verletzung von Stoffwechselprozessen bei primärem hepatozellulärem Leberkrebs (bei Patienten mit viraler Hepatitis B und Zirrhose) mit Stagnation der Galle in Leber und Gallenblase. Alkoholisches Hyalin hat immunogene Eigenschaften, die die Entwicklung einer systemischen Pathologie vorbestimmen.
- Wenn Gene mutieren,verantwortlich für die Produktion von Keratinen, tritt eine erbliche Hautkrankheit auf - Epidermolysis bullosa. In diesem Fall liegt eine Verletzung der Befestigung der äußeren Hautschicht an der Basalmembran vor, die sie vom Bindegewebe trennt. Als Ergebnis werden Erosion und Blasen gebildet. Die Haut wird sehr empfindlich gegenüber der geringsten mechanischen Beschädigung.
- Bildung von senilen Plaques und neurofibrillären Knäueln in Gehirnzellen bei der Alzheimer-Krankheit.
- Einige Arten von Kardiomyopathie, die mit einer übermäßigen Akkumulation von PF einhergehen.
Wir hoffen, dass unser Artikel alle Ihre Fragen beantwortet hat.
