eigenschaften des cytoskeletts
hochdynamisch bestimmt dioe innere Struktur der Zelle nicht für die Form oder Stabilitöt der zelle verantwortlich Einfluss auf die Viskosität des Cytoplasmas verantwortlich für intrazelluläre Bewegung und Transport: Chromosomenbewegung, Vesikeltransport und Organellenbewegung
strukturelle Ähnlichkeiten des pflanzlichen Cytoskeletts mit Bakteriellen Cytoskelett Proteinen
Nachweismethoden
Tubulin=FtsZ Fkt: Teilungsring Aktin=MreB Fkt: DNA Segregation Zellform Intermediärfilamente= Crescentin Zellform Diese homologen Proteine befinden sich ebenfalls in Mitochondrien und Plastiden Fluoreszenzmikroskopie:- Expression von Fusionsproteinen in vivo- in vivo Injektion von markiertem Tubulin- Immunmarkierung von fixierten Zellpräparaten- Markierung mit fluoreszenzmarkierte Bindeproteine (z.B. Phalloidin) in fixierten Zellpräparaten TEM mit Ultradünnschnitten REM mit Gefrierbruchtechnik
Mikrotubuli
Aufbau
Kinetik
α und β Monomere mit GTP Bindungsstellen bilden Heterodimere Schlange aus diesen sind die Protofilamente, 13 Protofilamente in eine Röhre werden zum Mikrotubuli, polar mit plus und minus Ende, nicht kovalent gebunden sind transient und permanente Strukturen Aussendurchmesser25nm bis zu 200nm lang Kinetik: 1. Phase der Tubuli Bildung aus einzelnen Dimeren zu Oligomeren. Diese Phase wird als Lag Phase bezeichnet. 2. Phase ist die elongation. hier wachsen die tubuli durch Polymerisierung an beiden Seiten. 3. wenn kein freies Tubulin mehr zur Verfügung steht, tritt die Platteauphase ein. die Tubulinkonzentration bei der ein Gleichgewicht aus Dissoziation und Polymerase besteht nennt sich kritischer Punkt. der Pluspol wächst schneller als der Minus Pol Das treadmilling bezeichnet ein Phänomen bei welchem die kritische Kon zentration erreicht ist, also dimere hier polymerisieren. gleichzeitig aber am minus ende der kritische Punkt noch nicht ereicht ist und tubuli dissoziieren. somit bewegt sich das Mikrotubuli
Mikrotubuli 2
dymńamische Instabilität
es existieren 2 Populationen von MTs Dabei Wächst ein MT welches an seinem ende eine GTP Kappe besitzt aufn Kosten eines anderen welches Lediglich GDP an seinem Ende hat. Die MTS welche GTP als Kappe tragen werden durch das GTP geschützt und dissozieieren nicht. Bei zu niedriger Konzentration an Tubulins mit GTP, werden die einzelnen Tubulins aber nicht schnell genug gebunden, um die gleichzeitige Hydrolyse des betta dimers auszugleichen. So können auch die mit einer GTP Kappe geschützten MTs abgebaut werden. den rapide Abbau eines MTs nennt man Katastrophe und den daruf folgenden rapiden Aufbau Rettung. in vivo gehen Mts aus einer Struktur hervor die man MTOCS nennt (Mikrtubuli organisierte Zentren) Bei vielen tierischen Zellen liegt das MTOC nahe des Zellkerns und nennt sich Centrosom. An dieser Struktur sind die MTS verankert. Tierische Zellen haben am Centrosom meist 2 Centriolen. höhere Pflanzen besitzuen diese Strukturen dagegen nicht. bei ihnen sind die MTOCs aussserdem mehrfach pro Zelle vertreten oftmals auch peripher. Bei Pflanzen tritt im Cebtrosom noch eine andere Art von Tubulin auf. Das Gamma Tubulin welche in Verbindung mit anderen Proteinen einen Gamma Tubulin Ringkomplex ausbilden dienen als Ausgangspunkt für den Zusammenbau neuer Mikrotubuli. Dabei ist der Minus Pol immer im Centrosom verankert.
Mikrotubuli assoziierte Proteine
MaPs machen 15% der Masse eines Mikrotubulis aus. Sie binden an der Wand der Mts und wirken zumeist stabilisierend. Maps können aber auch an tubulin Heterodimere bind unf so deren Polymerisation hindern. Auch die an die Caps binden einige Proteine und begünstigen so ihre Dissoziation. Es gibt ausserdem Maps welche die Dichte und Ausirichtung der Mts bestimmen. (bsp. Map2 und Tau)
Mikrotubuli assoziierte Proteine
funktion der MTs in Pflanzen
MaPs machen 15% der Masse eines Mikrotubulis aus. Sie binden an der Wand der Mts und wirken zumeist stabilisierend. Maps können aber auch an tubulin Heterodimere bind unf so deren Polymerisation hindern. Auch die an die Caps binden einige Proteine und begünstigen so ihre Dissoziation. Es gibt ausserdem Maps welche die Dichte und Ausirichtung der Mts bestimmen. (bsp. Map2 und Tau) u.a. mitotische und meiotische Spindel – Spindelpole (!! keine Centrosomen) räumliche Dispositionund gerichteter Transport von Vesikeln, cortikale MT bestimmen die Ausrichtung derZellulosemikrofibrillen in der Zellwand: MT verändern sich im Zellzyklus: Bildung vonPräprophaseband und Beteiligung an Bildung der Zellplatte (Phragmoplast)
Mikrofilamente
7nm Durchmesser, Bestandteil fast aller eukaryotischen Zellen. hauptsächlich Strukturfunktionen bei Tieren Muskelkontraktion bei Pflanzen und tieren cytoplasmatische Strömung, bei tiereischen Zellen sind sie formgebend und bilden den Zellcortex. Ausserdem sind sie an der Teilungsfurche bei der Cytokines beteiligt. Bei Pflanzen ist die Zellwand formgebend. Beteht aus dem Protein Actin welches ATP und ADP bindet. Einzelne AKtine nennt man G Actin. Polymerisiert Actin zu Mikrofilamenten dann Nennt man die einzelnen Aktine f Aktin. Aktinfilamente winden sich helikal. Jede Windung besteht aus 13,5 Actinmonomeren. Wie auch bei MTs ist der auf und Abbau von Mikrofilamenten in Lag phase bei der Nukleasation, der elongation Phase und der Plateau oder steady state Phase unterteilt. Auch hier ist der auf und Abbau der Filamente von der Konzentration von G Aktin abhängig. Sind die Filamente mit ATP verbunden, dann geschieht die Polymerisation schneller. ATp ist aber nicht notwendig für die Polamerisation. Wie auch bei Mts gibt es den steady state bei dem gleich viel dissoziiert wie polymerisiert wird und das treadmilling
Substanzen die Polymerisierung beeinflussen
Pilzmetabolite mit den Namen Cytochalasineverhindern das Anfügen von Mońomeren an filamente. Proteine die mit Actin binden: Spectrin verankert die Aktinfilamente in der Zellmembran, Cap z Macht Kappen zur Stabilisierung des Filaments. es kann nicht angefügt oder abgespalten werden,tropomodulin bindet an das minus ende der filamente und wirkt ebenfalls stabilisierend, Thymosin bindet Monomere, filamin quervernetzt filament indem es zwei Bindungsstellen hat. Fomin- FH2 Domänen fördern die Kernbildung (nucleation) und Polymerisation. Viele Formine sindmit der Plasmamembran verbunden und werden über kleine GTP-bindende Proteine reguliert (zb Rho,Ras ).ARP2/3 Komplexe induzieren den Aufbau von verzweigten Mikrofilamentstrukturen. colchicin: bindet an tubulinmonomere Taxol stbilisiert tubuli Phalloidin bindet Mikrofilamente
Aufgaben Mikrofilamente in der Pflanzenzelle
Pflanzenzelle: Aktinfilamente u.a. wichtig für:- innere Architektur der Zelle: Organisation des ER / Bildung von Stromuli- intrazelluläre Bewegung + Cytoplasmaströmung- Spitzenwachstum von Pollenschläuchen- Durchlässigkeit von Plasmodesmen
Intermediärfilamente
8-12nm durchmesser, stabil und wenig in Wasser löslich, und nicht polarisiert, unterschiedliche Aminosäuresequenz in verschiedenen Geweben, 6 Klassen in höhreren Pflanzen nur Lamine und Keratine, fibröse Proteine und nijt wie Actin und Tubulin globulär, Es gibt N terminale und C terminale Aminosäurendomänen im Protein welche unterschiedlich bei den verschiedenen Klassen sind. für den Zusammenbau ist keine Energie nötig(self assembly) Aufbau: 2 polypeptide legen sich aneinander und bilden ein ketteförmiges Dimer. 2 Dimere legen sich widerum aneinander und bilden ein tetrameres Protofilament. Protofilamente setzen sich per Überlappung aufeinander und nebeneinander zusammen. Mikrofilamente treten vor allem in mechanisch stark beanspruchten Zellen auf. zb. Haare, Nägel, Schuppen... Die Kernlamina welche dem Zellkern stabiltät bring besteht aus Mf und den Lamina. Zu beginn der Mitose werden die MF und Lamina phosphoryliert und abgebaut. Nach der Mitose entfernen Lamina phosphatasen die Phosphatgruppen woraufhin sich wieder eine Kernlamina bildet.
Motorproteine
Motorproteine:Enzyme, welche die Energie aus der Hydrolyse von ATP in mechanische Energie (Kraftschlag)umwandeln. Die Konformationsänderung führt zur Schreitbewegung entlang eines Filaments oderMikrotubulus.Myosin ist das Motorprotein für Actinfilamente:Alle Myosine besitzen Kopf- , Schwanz, und Nackendomänen. Insg. 35 Proteinfamilien mit speziellenAufgaben, die Motordomänen können einzeln oder doppelt vorliegen (Monomere, Dimere). Dieleichten variablen Ketten sind für spezifische Funktionen sehr variabel. Die Nackenregion ist meisteine regulatorische Domäne zB. mit Calmodulin- Bindestelle.Myosin I: spielt eine Rolle bei der Endozytose.Myosin V: am Transport von Vesikeln und Organellen beteiligt.
