Междинни нишки: описание, структура, функции и особености

Междинни нишки - характерна структура на еукариотните клетки. Те са самосглобяващи се и химически стабилни. Структурата и функциите на междинните филаменти се определят от особеностите на свързване в белтъчните молекули. Те служат не само за формиране на клетъчния скелет, но и за осигуряване на взаимодействието на органелите.

Общо описание

Филаментите са нишковидни протеинови структури, които участват в изграждането на цитоскелета. Според диаметъра си те се разделят на 3 класа. Междинните нишки (IF) имат среден размер на напречното сечение 7-11 nm. междинно положение между микрофиламентите, Ø5-8 nm, и микротубулите, Ø25 nm, откъдето идва и името им.

Разграничават се два вида такива структури:

• Lamins. Те се намират в ядрото. Ламинални нишки има при всички животни.
• Цитоплазмен. Намира се в цитоплазмата. Среща се в нематоди, мекотели и гръбначни животни. В последния случай те могат да отсъстват в някои видове клетки (например глиални клетки).

Местоположение

Междинните нишки са основен елемент на цитоскелета на живите организми, чиито клетки съдържат ядра (еукариоти). Аналози на тези фибриларни структури могат да бъдат открити и при прокариотите. Те не се срещат в растителните клетки.

Повечето от филаментите са разположени в перинуклеарната зона и в сноповете от фибрили, които се намират под плазмената мембрана и се простират от центъра до краищата на клетката. Те са особено многобройни в онези видове, които са подложени на механичен стрес - в мускулите, епителия, а също и в клетките на нервните влакна.

Видове протеини

Проучванията показват, че протеините, изграждащи междинните нишки, се диференцират в зависимост от вида на клетките и етапа на тяхната диференциация. Всички те обаче са свързани.

Протеините на междинните нишки се разделят на 4 типа:

1. Кератини. Те образуват полимери от два подтипа - киселинни и неутрални. Молекулното тегло на тези съединения варира между 40 000 и 70 000 a. е. м. В зависимост от тъканния източник броят на различните хетерогенни форми на кератините може да достигне няколко десетки. Те се разделят на 2 групи в зависимост от изоформата си: епителни (най-многобройни) и рогови, които изграждат косата, рогата, ноктите и перата на животните.
2. Вторият тип комбинира 3 вида протеини, които имат основно еднакво молекулно тегло (45 000-53 000 а. е. м.). Те включват виментин (съединителна тъкан, плоски клетки, покриващи повърхността на кръвоносните и лимфните съдове; кръвни клетки); дезмин (мускулна тъкан); периферин (периферни и централни неврони); глиален фибриларен киселинен протеин (високоспецифичен мозъчен протеин).
3. Неврофиламентни протеини, открити в невритите - цилиндрични израстъци, чрез които се разпространяват импулси между нервните клетки.
4. Протеини на ядрената пластинка, която е в основата на ядрената мембрана. Те са предшественици на всички други ПФ.

Междинните нишки могат да бъдат съставени от няколко вида от горепосочените вещества.

Имоти

Характеристиките на PFs се определят от следното:

• голям брой полипептидни молекули в напречно сечение
• Силни хидрофобни взаимодействия, които играят важна роля в сглобяването на макромолекули в усукан суперспирален модел;
• Образуване на тетрамери с високо електростатично взаимодействие.

В резултат на това междинните нишки придобиват свойствата на здраво усукано въже - огъват се добре, но не се разкъсват. При третиране с реагенти и силни електролити тези структури последни преминават в разтвор, т.е. характеризират се с висока химическа стабилност. По този начин, след пълната денатурация на белтъчните молекули в урея, нишките могат да самостоятелно сглобяване. Въведените отвън протеини бързо се интегрират в съществуващата структура на тези съединения.

Структура

В структурно отношение междинните нишки са неразклонени полимери, които могат да образуват както молекула, така и структура съединения с високо молекулно тегло, и до деполимеризация. Тяхната структурна нестабилност помага на клетките да променят формата си.

Въпреки че филаментите имат разнообразен състав от гледна точка на вида на белтъците, те имат еднакъв основен структурен план. В центъра на молекулите се намира алфа-спирала, която е под формата на десен завой. Той се образува от контактите между хидрофобните структури. Структурата на междинните нишки се състои от 4 спирали, които са разделени от къси нехелични сегменти.

В краищата на алфа-спиралата има домени с неопределена структура. Те играят важна роля в сглобяването на нишките и взаимодействието с клетъчните органели. Техният размер и протеинова последователност варират значително при различните видове PF.

Изграждане на протеини

Основният градивен елемент на хромозомата е междинната нишка материал за PFs са димери, които са сложни молекули, съставени от две прости. Обикновено те включват 2 различни протеина, свързани с бацилообразни структури.

Цитоплазменият тип филаменти се състои от димери, които образуват филаменти с дебелина 1 единица. Тъй като те са разположени паралелно, но в противоположни посоки, няма полярност. Тези димерни молекули могат впоследствие да образуват по-сложни.

Функции

Основните функции на междинните нишки са следните:

• осигурява механична здравина на клетките и техните израстъци;
• адаптация към стресови фактори;
• участват в контактите, които осигуряват здраво прикрепване на клетките (епителна и мускулна тъкан);
• вътреклетъчно разпределение на протеини и органели (локализация на апарата на Голджи, лизозоми, ендозоми, ядра);
• Участва в преноса на липиди и в сигнализацията между клетките.

PFs също влияят на митохондриалната функция. Както показват лабораторните експерименти върху мишки, при индивидите, при които липсва генът за десмин, се наблюдава необичайно вътреклетъчно разположение на тези органели, а самите клетки са програмирани за по-кратък живот. В резултат на това се наблюдава намаляване на консумация на кислород тъкани.

От друга страна, наличието на междинни нишки насърчава намаляването на подвижност на митохондриите. Ако в клетката изкуствено се въведе виментин, мрежата от PFs може да се възстанови.

Значение в медицината

Нарушенията в синтеза, натрупването и структурата на PF водят до някои патологични състояния:

1. Образуване на хиалинни капчици в цитоплазмата на чернодробните клетки. Известни още като телца на Майори. Тези структури са епителен тип PF протеини. Те възникват след продължително излагане на алкохол (остър алкохолен хепатит), метаболитни нарушения при първичен хепатоцелуларен карцином (при пациенти с вирусен хепатит В и цироза), застой на жлъчка в черния дроб и жлъчния мехур. Алкохолният хиалин има имуногенни свойства, които предразполагат към системна патология.
2. Мутациите в гените, отговорни за производството на кератин, водят до наследствено състояние на кожата, наречено булозна епидермолиза. Нарушено е прикрепването на външния слой на кожата към базалната мембрана, която я отделя от съединителната тъкан. В резултат на това се образуват ерозии и везикули. Кожата става много чувствителна дори към най-малките механични увреждания.
3. Образуване на сенилни плаки и неврофибриларни заплитания в клетките на мозъка при болестта на Алцхаймер.
4. Някои видове кардиомиопатия, свързани с прекомерно натрупване на ПФ.

Надяваме се, че статията ни е отговорила на всичките ви въпроси.