Tsütoskelett

Eukarüootsete rakkude vôime omandada mitmeid eri kujusid ja viia läbi koordineeritud ja suunatud liikumisi sôltub raku tsütoskeletist. Seda vôiks nimetada ka raku muskulatuuriks, kuna ta osaleb sellistes protsessides nagu raku liikumine substraadil, lihasraku kontraktsioon, organellide ümberpaigutamine tsütoplasmas, tsütoplasma tsirkulatsioon, tsütokinees jne. Tsütoskelett puudub prokarüootsetel organismidel.

Siinkohal on võimalik vaadata videoklippi tsütoplasma tsirkulatsioonist Tradescantia blossfeldiana (rahvakeeles tuntud kui juudihabe, levinud toataim) tolmukakarva rakkudes. Selle videoklipi autor on Dr. Heiti Paves, (Molekulaargeneetika labor, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut, Tallinn.)

Selline märkimisväärne tsütoplasma tsirkulatsioon on hästi vaadeldav suuremõõtmelistes taimerakkudes, sest arusaadavalt on suures rakus vajalik selline aktiivne tsütoplasma tsirkulatsioon, sest paljalt difusiooni kiirusest ei piisaks metaboliitide ühtlaseks jaotamiseks üle kogu raku. Liikumist genereeriv mehhanism baseerub aktiini ja müosiini interaktsioonile. Kortikaalses tsütoplasmas paiknevad korrapäraselt orienteeritud aktiinifilamendid, mida mööda liiguvad müosiinimolekulid, vedades kaasa tsütoplasma komponente. Selline aktiinil-müosiinil baseeruv tsütoplasma komponentide liikumine kirjeldatigi esmalt taimerakkudes.

Tsütoskeleti moodustavad 3 pôhilist valguliste filamentide tüüpi, mis läbivad raku tsütoplasmat:

aktiini filamendid e. mikrofilamendid (6-8 nm)

mikrotuubulid (25 nm)

intermediaarsed filamendid (10 nm)

Iga filamendi tüüp on moodustunud erinevatest monomeeridest, ning iga filament vôib rakus moodustada erinevaid struktuure, vastavalt sellele, milliste täiendavate valkudega nad on seotud.

Aktiini filamendid

Koosnevad aktiinist, s.o. globulaarne valk m.w. 41.8 kDa. Aktiin on valk, mida eukarüootsetes rakkudes on kôige rohkem, tema hulk vôib olla kuni 5% raku kogu valgu hulgast.

Aktiin on väga konservatiivne valk, tema primaarjärjestus erineb väga vähe fülogeneetiliselt kaugetel liikidel, in vitro katsetes on eri liikidelt eraldatud aktiin üksteisega funktsionaalselt asendatavad.

Aktiin esineb rakkudes 2 vormis: G-aktiin e. globulaarne aktiin, mis polümeriseerumisel annab F-aktiini e. filamentaarse aktiini. Tavaliselt kuni 50% raku kogu aktiinist on G-vormis. Üleminek G-vormist F-i ja vastupidi (s.t. aktiinifilamentide moodustumine ja nende depolümeriseerumine) toimub siis, kui seda on vaja, s.t. rangelt kontrollitult. F-aktiini moodustumine algab rakus pärast vastavat signaali ja see vôib toimuda väga kiiresti, minutite jooksul. Signaaliks vôib olla mingi induktoraine, mis pôhjustab raku diferentseerumist, mingi kemotaktiline signaal, kokkupuude substraadiga jne.
Näited: PC-12 rakk pärast NGF môjutust hakkab jätkeid välja ajama, plahvatuslik F-aktiini moodustumine spermis akrosomaalreaktsiooni ajal, fibroblasti kinnitumisel substraadile F-aktiini sisaldus tôuseb jne.

G-aktiini molekul on mittekovalentselt seotud ühe ATP molekuliga, mis läheb üle ADP-ks kui G-aktiini molekul lülitub F-aktiini koosseisu.

Aktiini filamentidele on iseloomulik struktuurne polaarsus, filamenti kasv toimub eelistatult ühest otsast, mida nimetatakse + otsaks. See on vôimalik seetôttu, et monomeeri konformatsioon muutub pärast lülitumist F-aktiini koosseisu, võimaldades järgmise monomeeri lülitumist soodustatult. Monomeeri lülitumine -otsa toimub tunduvalt väiksema tõenäosusega. (skeem) See annab rakule vôimaluse määrata filamendi kasvu suunda, eeldades et +ots on rakus orienteeritud vajalikus suunas. Seoses sellega esineb aktiinifilamentidel nn. treadmilling nähtus. Kui G-aktiini kontsentratsioon langeb teatud kriitilise piirini, nii et polümerisatsioon +otsast saab vôrdseks monomeeride eraldumisega -otsast, siis filamendi netopikkus küll ei muutu, muutub aga iga üksiku monomeeri asend filamendis. (skeem) Treadmilling vôib olla üks mehanism, mille abil genereeritakse rakus liikumine.

Aktiiniga seostuvad valgud

Aktiini filamendid moodustavad rakus väga erinevaid struktuure. Nad võivad moodustada suhteliselt jäiku ja püsivaid väljasopistusi rakkudest või ka ajutisi dünaamilisi struktuure. Kõikidel juhtudel on aktiinifilamentide põhimõtteline ehitus sama. Erinevused on aga tingitud valkudest, millega aktiinifilamendid on seotud.

Enamikul loomsetel rakkudel on aktiini filamente kôige rohkem plasmamembraani vahetus läheduses, selle all, moodustades seal tiheda vôrgustiku. Seda piirkonda tsütoplasmast nim. raku korteksiks (cell cortex) vôi ka kortikaalseks tsütoplasmaks. See annab rakupinnale teatud mehaanilised omadused, millega vôimalik säilitada vôi muuta kuju. Kortikaalse tsütoplasma paksus varieerub eri rakutüüpidel. Erütrotsüütides näiteks on kortikaalsed aktiinifilamendid seotud rakumembraanile valkude spektriin ja anküriin vahendusel. Neile sarnaseid valke leidub enamikus selgroogsete loomade rakkude kortikaalses tsütoplasmas.

Kortikaalsed aktiinifilamendid võivad omakorda olla organiseeritud väga erineval moel. Nad võivad olla:

paralleelsete kimpudena, mis moodustavad raku mikrohattusid ja filopoode. Seal on aktiinifilamendid orienteeritud sama polaarsusega ja paiknevad tihedalt üksteise lähedal, (10-20 nm) kimpudena. Aktiinifilamente seovad kimpudeks valgud fimbriin, villiin ja a-aktiniin.

kontraktiilsete struktuuridena, näit. stressi fiibrites ja aktiini rõngas. Stressi fiibrid on iseloomulikud neile rakkudele, mis kinnituvad substraadile. Kui rakk tuleb substraadilt lahti (näiteks siis, kui algab mitoos), siis stressi fiibrid kaovad. Aktiini rõngas on ajutine kontraktiilne struktuur, mis moodustub tsütokineesi ajal. Seal on aktiinifilamendid orienteeritud antiparalleelselt ja nendega on seotud mootorvalk müosiin.

geelitaolise võrgustikuna, kus aktiinifilamendid on omavahel paljudest kohtadest seotud teatud valkudega. Tuntuim valk, mis tekitab ühendusi üksteisega ristuvate aktiinifilamentide vahele ja põhjustades sellega kolmemõõtmelise võrgustiku tekke, on filamiin.

Mikrohatud (Microvilli)

Paljude rakkude pinnal esinevad sôrmetaolised väljasopistised - mikrohatud. Eriti palju leidub neid sellistel epiteliaalsetel rakkudel, mis vajavad normaalseks funktsioneerimiseks suurt pinda. Näit. peensoole epiteelirakkudel on igal mitu tuhat mikrohattu, igaüks 0.08 mikrom. lai ja 1 mikrom. pikk, misläbi raku pindala suureneb mitmed kümned korrad. Iga mikrohatu südamik sisaldab 20-30-st aktiini filamendist koosneva kimbu, mis ulatub hatu otsast kuni kortikaalsesse tsütoplasmasse. Filamendid orienteeritud +otsaga hatu tipu suunas. Mikrohatus hoiavad aktiini filamente omavahel koos spetsiaalsed valgud fimbriin ja villiin mis paiknevad teatud intervallidena aktiinifilamentide vahel. Valke, mis seovad aktiinifilamente omavahel kimpu, nim. kimpusiduvateks valkudeks (actin-bundling proteins).

Aktiini rõngas

Tsütoplasma jagunemine tsütokineesi käigus toimub kontraktiilse aktiini rônga abil, mis koosneb peamiselt aktiini filamentidest. Kontraktiilset rôngast moodustavad aktiini filamendid kinnituvad plasmamembraanile teatud valkude vahendusel. Kontraktiilne rôngas moodustub anafaasi alguses. Vajalik jôud plasmamembraani sissenöördumiseks (furrowing) tekib aktiini ja müosiini interaktsioonil.

Aktiini filamendid lihasrakus

Imetajatel on 4 pôhilist kategooriat rakke, mis on spetsialiseerunud kontraktsiooniks:

skeleti-, südame-, silelihasrakud ning müoepiteliaalsed rakud. Müoepiteliaalsed rakud erinevad lihasrakkudest selle poolest, et paiknevad epiteelis ja pärinevad ektodermist. Nad osalevad näiteks sekreetide väljutamisel näärmetest, moodustavad silma vikerkesta dilaatorlihase. Nad erinevad oma struktuurilt, funktsioonilt ning tekkelt. Kuigi kontraktsiooni aluseks neis rakkudes on aktiini ja müosiini omavaheline interaktsioon, on need molekulid erinevalt organiseerunud ja seotud erinevate lisavalkudega.

Lähemalt vaatleme skeletilihasrakke, mis vastutavad kôikide tahtele alluvate liikumiste eest. Skeleti- e. vöötlihasrakk on hiiglaslik süntsütsiaalne rakk, kuni 50 cm pikk ja 100 mikrom. paks. Üks lihaskiud vastab ühele rakule. Sisaldab palju tuumasid, tuumad paiknevad perifeerias. (joonis)

Lihaskiu (raku) sees on suurel hulgal müofibrille, mis on samapikad kui lihaskiud. Iga fibrilli läbimôôt on 1-2 mikrom. Müofibrill omakorda koosneb paljudest korduvatest struktuurielementidest, nn. sarkomeeridest. Igas sarkomeeris on 2 paralleelset ja osaliselt kattuvat filamentide komplekti, paksud ja peened filamendid. Peened filamendid on moodustunud aktiinist, kus peale aktiini esinevad veel tropomüosiin ja troponiin; paksud filamendid koosnevad müosiinist. Aktiini filamendid kinnituvad oma +otsaga spetsiaalsele valgulisele struktuurile Z-diskile, mis koosneb pôhiliselt titiinist.

Lihaskiu kontraktsiooni aluseks on paksude ja peente filamentide nihkumine üksteise vahele. Filamentide endi pikkus ei muutu. Kui näiteks üks müofibrill, mis on 5 cm pikk ja sisaldab 20,000 sarkomeeri, lüheneb 4 cm-ni, siis vastavalt iga sarkomeer lühenes 2.5 -lt 2.0 mikrom-ni. Lihase kontraheerumisel muutuvad kitsamaks heledad vöödid.

Lihaskontraktsioon initsieeritakse Ca++ ioonide kontsentratsiooni suurenemisega müofibrille ümbritsevas sarkoplasmas. Kaltsiumi ioonid tulevad sarkoplasmaatilisest retiikulumist, puhkeolekus pumbatakse ioonid sinna uuesti tagasi . Energia lihaskontraktsiooniks tuleb ATP hüdrolüüsist, millega kaasnevad konformatsioonilised muutused müosiini molekulis, mis pôhjustab müosiini molekulide nihkumise aktiinifilamentide suhtes.

Peened e. aktiinifilamendid skeletilihasrakus on seotud lisavalkude tropomüosiini ja troponiiniga, mis vôimaldavad kontraktsiooni regulatsiooni Ca ++ ioonide poolt.

Aktiini polümerisatsiooni regulatsioon

Kontroll teostatakse rakumembraani vahendusel. Signaalid, mis pôhjustavad rakus aktiini polümerisatsiooni, tulevad ümbritsevast keskkonnast ja vôetakse vastu plasmamembraani vahendusel. G-aktiin on seostunud tsütoplasmas teatud madalmolekulaarsete valkudega, mis aitavad kontrollida tema polümerisatsiooni. Enamtuntud on selles suhtes tümosiin ja profiliin. Tümosiin on 5000 Da mol. massiga valk, esineb paljudes rakkudes. Paremini on ta uuritud vereliistakutes ja neutrofiilides. Profiliin esineb kõikides rakkudes, mol. mass 16 000 Da

Näide 1. Neutrofiilid alustavad tungimist läbi kapillaari seina vastuseks organismis tekkinud infektsioonikoldele. Infektsioonikoldest vabanevad ained, mis toimivad neutrofiilide jaoks kemoatraktandina. Neutrofiili membraanis on retseptormolekulid, mis tunnevad kemoatraktandi väga väikesi kontsentratsioone (10 astmel-10 M), veelgi enam, rakk on vôimeline eristama 1%-lisi kontsentratsiooni erinevusi oma eri külgedel, ja vastavalt sellele kasvatada vajalikus suunas pseudopoode. Kemoatraktandina toimivad siin N- formüülmetioniini sisaldavad peptiidid.

Näide 2. PC-12 rakk, mis vastuseks NGF-i môjutusele alustab jätkete väljaajamist, omab membraanis vastavat retseptorit. NGF-i seostumisel tema retseptoriga käivitub mehanism, mis viib F-aktiini moodustumisele.

Näide 3. Spermatozoidi akrosomaalrektsioon käivitub siis, kui sperm kohtab munaraku nn. läikekesta (zona pellucida) Akrosomaalreaktsiooni aluseks on plahvatuslik F-aktiini moodustumine, see toimub kiirusega ~10mikrom./sek.

Ained, mis môjutavad aktiini polümerisatsiooni

Selleks, et demonstreerida aktiinifilamentide tähtsust raku liikumisel, fagotsütoosil, tsütokineesil, mikrohattude moodustumisel jne., kasutatakse aineid, mis blokeerivad F- aktiini moodustumist vôi takistavad selle depolümeriseerumist.

Tsütohalasiinid on ained, mida sünteesivad môningad hallitusseened. Blokeerivad aktiinifilamendi +otsa, seega filamendid ei saa enam kasvada.

Falloidiin on kôrgelt toksiline alkaloid, mida saadakse kärbseseenest Amanita phalloides. Seostub rakus oleva F- aktiiniga ning takistab selle depolümeriseerumist. Fluorestseeruvate ainetega (FITC, TRITC, jne.) märgistatud falloidiini kasutatakse F-aktiini nähtavaks muutmisel.

Lihasrakule sarnaseid aktiinile-müosiinile baseeruvaid kontraktiilseid struktuure vôib ajutiselt moodustuda ka mittelihaskoe rakkudes. Näit. jagunevas rakus nn. aktiini rôngas, mis vôimaldab tsütokineesi toimumist, samuti fibroblastides esinevad stress-fiibrid, kus aktiinifilamendid on seotud müosiiniga ning nad sarnanevad pisikestele müofibrillidele. Kui rakk alustab mitoosi faasi, siis stress- fiibrid degradeeruvad, mistôttu rakk tuleb substraadi küljest lahti ja muutub ümaraks. Kontraktiilsed struktuurid mittelihasrakkudes on väiksemad ja pole nii kôrgelt organiseeritud, kuid nende pôhimôtteline funktsioneerimine (aktiini-müosiini interaktsioon) toimub samamoodi.

Mikrotuubulid

Koosnevad tubuliinist. Iga tubuliini molekul koosneb kahest subühikust, alfa- ja ß-tubuliinist, kumbagi subühiku molekulmass on 50 kDa. Nagu aktiini puhulgi, pole tubuliin kodeeritud mitte ühe, vaid mitmete geenide poolt. Drosophila'l näiteks on 4 geeni alfa- ja 4 geeni beta-tubuliini jaoks. Kuigi tubuliini esineb kõigis eukarüootsetes rakkudes, esineb teda kõige rohkem selgroogsete loomade ajus (10-20% kogu lahustunud valgust on tubuliin). Sarnaselt aktiinile, seostub ka tubuliin paljude lisavalkudega, mis moduleerivad mikrotuubulite omadusi ja võimaldavad kinnitumist raku erinevatele struktuuridele.

Tubuliini assambleerumisel moodustuvad lineaarsed protofilamendid, igas mikrotuubulis on 13 protofilamenti, mis moodustavad seest ôônsa struktuuri. Katseklaasis toimub puhta tubuliini polümerisatsioon mikrotuubuliteks kui lisada Mg- ioone ja GTP-d.

Üldiselt mikrotuubulid funktsioneerivad tsütoplasmas igaüks omaette, aktiinifilamendid seevastu on seotud tavaliselt võrgustikuks või kimpudeks.

Sarnaselt aktiini filamentidele esineb tubuliini protofilamentidel struktuurne polaarsus, + ja -ots. Raku tsütoplasmas olevad mikrotuubulid lähtuvad radiaalselt tuuma lähedal paiknevast raku tsentrist e. tsentrosoomist. Loomsetel rakkudel sisaldab tsentrosoom kahte tsentriooli, taime rakkudel on rakutsentriks teatud amorfset ainet sisaldav piirkond, kus tsentrioole ei ole.

Kui rakk alustab mitootilist jagunemist, siis tsütoplasmas olevad tuubulid lagunevad laiali ning agregeeruvad uuesti, moodustades kääviniidistiku. See moodustub väga kiiresti ning sama kiiresti ka laguneb pärast mitoosi lôppu, millest nähtub, et see on väga labiilne struktuur. Kääviniidistiku moodustumist on vôimalik blokeerida mitmete ainetega, mis seostuvad tubuliini dimeeridega ja takistavad tubuliini agregatsiooni. Näit. kolhitsiin, koltsemiid, vinblastiin, vinkristiin on tuntud kui mitoosi mürgid. Taksool (saadakse jugapuu koorest) seevastu seostub mikrotuubuliga ja ei lase sel enam depolümeriseeruda. In vitro katsetega on näidatud, et mikrotuubulid eksisteerivad ühes kahes vôimalikust seisundist: nad kas kasvavad pidevalt vôi desagregeeruvad väga kiiresti. Näit. koekultuuris kasvava fibroblasi mikrotuubuli keskmine eluiga ei ületa 10 min, rakus toimub pidev tubuliini agregatsioon mikrotuubuliteks ja valmis tuubulite lagunemine.

Tsütoplasmaatiliste mikrotuubulite funktsioonid

1. Organellide transport tsütoplasmas.
Mikrotuubulid funktsioneerivad kui rakusisesed maanteed, mida mööda reisib suur hulk raku sisestruktuure. Interfaasi ajal (kui rakk ei jagune) on reisijateks organellid (mitokondrid, lüsosoomid, tsütoplasmavõrgustik), transportvesiikulid, mis viivad aineid ER-st Golgi kompleksi ning sealt edasi kas mõnda organelli või raku välispinnale eksotsüteerimiseks; raku jagunemise ajal (anafaasis) liiguvad mööda mikrotuubuleid tütarkromatiidid, pärast viljastumist peavad kokku saama ja ühinema kumbagi gameedi tuumad. Vesiikulite liikumine on kôige paremini nähtav närvirakkude aksonites, kus nad liiguvad môlemas suunas raku keha ja jätkete vahel.

Samuti on see nähtav kala soomuse pigmendi rakkudes. Need on väga suured rakud, mis sisaldavad suuri pigmendi graanuleid. Sõltuvalt kala liigist võivad need olla kollased, pruunid, punased jne. Need graanulid võivad rakus kiiresti oma asukohta muuta vastuseks neuronaalsetele või hormonaalsetele mõjutustele. Selle tagajärjel muutub rakus cAMP tase, kõrgenev cAMP tase põhjustab graanulite dispergeeritud jaotust rakus, langev tase aga põhjustab graanulite agregeerumist
2. Määravad tsütoplasma vôrgustiku ja Golgi aparaadi orientatsiooni rakus.
3. Osalevad raku liikumisel.
Kuna raku liikumisel mängivad olulist osa ka mikrofilamendid, siis tihtipeale on kumbagi osa selles raske täpselt eristada. Kui näiteks fibroblasti mikrotuubulid kolhitsiini abil depolümeriseerida, siis tema kulgemine mööda substraati lakkab. Seevastu jällegi neutrofiili kemotaksis on kolhitsiini poolt väga vähe môjutatav, mis näitab, et eri rakutüüpidel mikrotuubulite osa liikumisel on erinev.
4. Mikrotuubulid môjutavad teiste tsütoskeleti filamentide (aktiini- ja intermediaarsete filamentide ) orientatsiooni rakus.
Kontraktiilse aktiini rônga (tekib mitoosi anafaasi ajal, viib läbi tsütokineesi) asukoht on määratud kääviniidistiku poolt, tsütokinees toimub alati risti kääviniidistiku teljega. Kui kääviniidistiku positsiooni mehaaniliselt muuta, muutub ka raku sissenöördumise koht.

Mikrotuubulitega seotud valgud

Et takistada mikrotuubulite kiiret desassambleerumist ning vôimaldada interaktsioone teiste raku komponentidega, on mikrotuubulid seotud mitmete nn. MAP-valkudega (microtubule- associated proteins). Närvikoest on eraldatud pôhiliselt 2 tüüpi MAP-valke:

HMW-valgud (high-molecular weight proteins) m.w. 200-300 kDa

tau-valgud; m.w. 40-60 kDa
Antikehade abil on näidatud, et môlemad seostuvad piki kogu mikrotuubulit.

Mikrotuubulitest moodustunud struktuurid

Tsentriool

Väike silindrikujuline organell 0.2 mikrom. lai ja 0.4 mikrom. pikk. Tsentrioolid esinevad kôikidel loomarakkudel ja alamate taimede rakkudes. Lokaliseerub rakus tuuma lähedal. Koosneb 9- st mikrotuubulite tripletist, iga triplett on suunatud tsentraalse telje suunas 45-kraadise nurga all. Rakutsentris e. tsentrosoomis on 2 tsentriooli, mis on omavahel risti. Tsentrioolid uuenevad rakus duplitseerumise teel. Tsentrioolide duplitseerumine toimub tavaliselt ligikaudu samal ajal , kui algab DNA replikatsioon, s.t. G1-faasi lôpul vôi S-faasi algul. Eri rakutüüpidel vôib tsentrioolide duplikatsiooni toimumine rakutsüklis mônevôrra erineda.

Tsentrioolid täidavat rakus kaht eri funktsiooni:
1) tsentrosoomi koosseius on nad mikrotuubulite organisatsiooni tsentriks,
2) viburite vôi ripsmetega varustatud rakus on nad aga basaalkehaks, kust vastavad moodustised välja kasvavad.

Viburid, ripsmed

Väikesed karvataolised moodustised 0.25 mikrom. läbimôôdus, pikkus 5-10 mikrom. ripsmetel ja kuni 150 mikrom viburitel.
Esinemine:

kõrgematel loomadel hingamisteede ripsepiteelis, suguteede ripsepiteelis, spermatozoididel;

algloomadel (viburloomad e. Flagellata ja ripsloomad e. Ciliata).

sammalde, sônajalgade ja alamate seente zoospooridel.

Viburite ja ripsmete funktsioon on kas vedeliku või mingite osakeste edasi toimetamine (näit. hingamisteede ripsepiteel ajab pidevalt edasi lima, kuhu on kinni jäänud tolm, mikroobid, jne.; munajuhas munaraku kulgemine on tingitud ripsepiteeli tegevusest), või raku enda liikumise tagamine (zoospoorid, spermid).

Ripsme vôi viburi ristlôike elektronogrammilt selgub, et selle südamikuks on paralleelne mikrotuubulite kimp 9+2 konfiguratsioonis: 9 mikrotuubulite dupletti paiknevad ringikujuliselt ümber kahe üksiku mikrotuubuli. Selline 9+2 struktuur esineb kôikide eukarüootide viburite ja ripsmete südamikus, mida nimetatakse ka aksoneemiks. 9+2 struktuur ripsmetes oli üks huvitavamaid avastusi, mis tehti elektronmikroskoopia algusaastatel. Prokarüootidel esinevad viburid on hoopis teistsuguse ehitusega.

Aksoneemi koosseius olevad mikrotuubulid on seotud omavahel spetsiaalsete valkude düneiini ja neksiini abil. Peale selle ulatub igast mikrotuubulite dupletist radiaalselt sissepoole nn. radiaalsed kodarad (radial spokes), mis ulatuvad tsentraalset mikrotuubulite paari katvasse kesta.

Aksoneemi liikumine pôhineb tema koosseisus olevate mikrotuubulite libisemisel üksteise suhtes. Kui näiteks vibur eemaldada raku küljest, siis ta jätkab liikumist, mis näitab, et liikumist genereeriv mehanism paikneb viburi enda sees. Mikrotuubulite nihkumine üksteise suhtes sôltub düneiinist. Pôhimôtteliselt on liikumist genereeriva mehanismi aluspôhi sama, mis aktiini-müosiini puhul: ATP hüdrolüüsiga kaasnevad konformatsioonilised muutused, mis nihutavad molekule üksteise suhtes.

Düneiini leidub ka rakkude tsütoplasmas, kus ta osaleb organellide ja transportvesiikulite liigutamisel piki mikrotuubuleid. Düneiini perekonna valgud tekitavad põhiliselt liikumist mikrotuubuli miinus-otsa suunas. Praeguseks on leitud ka tõendeid vastassuunaliste düneiinide kohta. Düneiine tuntakse palju eri isovorme, nad moodustavad ühe suure mootorvalkude perekonna. Nad on mikrotuubulite poolt aktiveeritud ATP-aasid.

Peale müosiini ja düneiini on ka veel 3. mootorvalkude perekond - kinesiinid. Need on samuti mikrotuubulite poolt aktiveeritavad ATP-aasid, mille funktsiooniks on mikrotuubuli +otsa suunas liikumise tekitamine. Kuid on leitud ka -otsa suunalisi kinesiine. Kinesiini ja düneiini osalust raku vesikulaartranspordil on uuritud neuroni aksonites. Nende abil on näidatud, et vesiikulite liikumine raku keha poolt aksoni terminaali suunas on tekitatud kinesiini poolt, tagasisuunaline transport aga düneiini poolt. Kinesiini ja düneiini perek. kuuluvaid valke on näit. identifitseeritud ka mitootiliselt jagunevas rakus kromosoomide kinetohoori koostises ning polaarsete mikrotuubulitega seotult, mis tekitavad liikumapaneva jõu tütarkromatiidide lahknemiseks anafaasis ning pooluste eemaldumiseks üksteisest anafaasi lõpul (vaata ka mitoos).

Nii kinesiinid ,düneiinid kui müosiinid on sarnase ehitusega. Need valgud koosnevad mitmest polüpeptiidahelast, tüüpiliselt kahest raskest ja mitmest kergest ahelast. Raske ahel sisaldab globulaarset, ATP-aasi aktiivsusega peaosa ning kepikujulist sabaosa. ATP-aasina töötav peaosa ongi just see, mis seostub mikrotuubulite või aktiinifilamentidega ning kus toimub konformatsiooniline muutus ja mis viibki mootorvalgu nihkumisele kas mikrotuubuli või aktiinifilamendi suhtes. Raske ahela sabaosa aga seostub raku erinevate komponentidega, määrates ära transporditava struktuuri.

Kokkuvõte:

Igal liikumisel on oma mootor. Rakus toimuvad liikumised on seotud vähemalt ühega 3-st mootorvalkude perekonnast: müosiinide, düneiinide või kinesiinidega. Iga perekond sisaldab suure hulga eri isovorme. Müosiinid on aktiinifilamentide poolt aktiveeritavad ATP-aasid, düneiinid ja kinesiinid aga mikrotuubulite poolt aktiveeritavad ATP- aasid. Liikumise tekitab ATP-hüdrolüüsi toimel mootorvalgus tekkiv konformatsiooniline muutus, mispeale mootorvalk nihkub vastava tsütoskeleti komponendi (aktiinifilamendi või mikrotuubuli) suhtes.

Intermediaarsed filamendid (IF)

IF on jäigad ja püsivad moodustised enamiku kôrgemate eukarüootide tsütoplasmas. Seente ja teiste alamate eukarüootide rakkudes pole neid leitud. Loomsetes rakkudes moodustavad nad rakutuuma ümber korvitaolise struktuuri ning ulatuvad sealt ka raku perifeeriasse. Eriti prominentsed on nad neis rakkudes, mis alluvad teatud mehaanilistele pingetele, näit. epiteelkoes, kus IF moodustavad transtsellulaarse vôrgustiku; närvirakkude pikkades aksonites, silelihasrakkudes. Termin "tsütoskelett" vôetigi algselt kasutusele kirjeldamaks neid püsivaid ja lahustumatuid (nad ei lahustu rakkude töötlemisel mitteioonsete detergentidega) struktuure rakus. Kui vôrrelda IF näiteks aktiini filamentide vôi mikrotuubulitega, siis vôib esile tuua järgmisi olulisi erinevusi:

nad on väga stabiilsed struktuurid. Ei lahustu tavalistes detergentides

nende peamine funktsioon on struktuurne, nad ei osale raku liikumisfunktsioonides. Nendega pole seotud ühtki mootorvalku (nagu müosiinid, kinesiinid vôi düneiinid)

IF moodustavad monomeerid pole seotud ATP vôi GTP-ga, nagu seda on aktiin vôi tubuliin

Erinevalt aktiinist ja tubuliinist, mis on globulaarsed valgud, on IF monomeerideks fibrillaarsed valgud, mis agregeeruvad külg-külje vastu üksteisega osaliselt kattudes

IF on heteropolümeerid, s.t. et polümeeri koostises on erinevat tüüpi monomeere. Aktiini filamendid ja mikrotuubulid seevastu on alati homopolümeerid (koosnevad ühesugustest monomeeridest)

IF koosseisus olevad valgud klassifitseeritakse 4 gruppi:

1. Keratiinid

On väga heterogeenne valkude perekond. Tuntakse üle 20 eri keratiini, mis esinevad inimese epiteelkudedes. Peale selle tuntakse vähemalt 8-t nn. tugevat keratiini, mis on iseloomulikud juustele ja küüntele. Tsütokeratiine jaotatakse 2-ks alagrupiks:

happelised keratiinid (m.w. 40-70 kDa)

neutraalsed ja aluselised keratiinid (m.w. 40-70 kDa)

Enamik epiteelirakke on suutelised sünteesima mitmeid eri keratiini tüüpe, mis on vôimelised polümeriseeruma üheks filamendiks. Seega keratiini filamendid on alati heteropolümeerid, mis koosnevad erinevatest (nii happelise kui ka neutraalse ja aluselise keratiini) monomeeridest. Siinkohal meeldetuletuseks, et aktiini filamendid ja mikrotuubulid olid homopolümeerid, mis koosnesid ühesugustest monomeeridest. Môned lihtsad epiteelkoed, nagu varajases embrüos leiduvad epiteelid vôi näiteks maksas esinev epiteel, sünteesivad ainult üht keratiini. Teised epiteelkoed (higinäärmetes, keeles, pôies jm.) sünteesivad vähemalt 6 eri keratiini. Kôige varieeruvama keratiinide komplektiga on nahk, kus epidermise eri kihtides paiknevad rakud sünteesivad eri keratiini komplekte. Tuntakse ka keratiine, mis on iseloomulikud aktiivselt prolifereeruvatele epiteelirakkudele. Keratiinide määramist kasutatakse epiteliaalse päritoluga vähkkasvajate e. kartsinoomide diagnoosimisel. Nimelt keratiinide määramine aitab selgitada, millisest epiteelkoest uuritav kasvaja on alguse saanud, sest eri epiteelidel on erinevad keratiinide komplektid. Sellest aga vôib sôltuda raviskeemi kujundamine.

2. Vimentiin (53 kDa) ja temale sarnanevad valgud

desmiin (52 kDa), gliia fibrillaarne happeline valk e. GFAP(glial fibrillary acidic protein) (45 kDa).

Vimentiini leidub mesenhümaalse päritoluga rakkudes, desmiini lihasrakkudes, GFAP leidub närvikoes gliia rakkudes.

3. Neurofilamentide valgud.

(NF-L, NF-M, NF-H).

Neurofilamendid on pôhiline tsütoskeleti komponent närvirakkude aksonites ja dendriitides.

4. Tuuma lamiinid.

Lamiinid A, B, ja C.

Neil on sarnane aminohappeline järjestus teiste IF valkudega, kuid erinevad neist mitmete omaduste poolest. Nad moodustavad kahemôôtmelisi filamentide kihte, mis tekivad ja kaovad mitoosi kindlatel etappidel. Moodustavad vôrgustiku, mis asub tuuma sisemembraanil.

IF funktsioonid

Primaarne funktsioon on tagada rakule mehaaniline toestus. Teatud juhtudel vôivad rakud hakkama saada ka ilma tsütoplasmaatiliste intermediaarsete filamentideta (on rakke kus nad puuduvad: kesknärvisüsteemis müeliini tootvad gliiarakud, eksperimentaalselt on vôimalik koekultuuris IF antikehade abil blokeerida, ilma et raku tegevus oluliselt häiruks).

Inimesel esineb pärilik haigus Epidermolysis bullosa simplex, see on tingitud mutatsioonist keratiini geenis, tulemuseks on epidermise basaalrakkude keratiinifilamentide puudulikkus, see muudab rakud väga tundlikuks mehaanilistele mõjutustele.