Solun tukiranka Chapter 16 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010.

Esitys aiheesta: "Solun tukiranka Chapter 16 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010."— Esityksen transkriptio:

1 Solun tukiranka Chapter 16 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

2 Mikrotubulukset vihreällä Aktiinifilamentteja punaisella
Tuman DNA sinisellä BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

3 Tukirangan uudelleenjärjestäytyminen fibroblastin jakautumisen aikana
Mikrotubulukset vihreällä Aktiinifilamentteja punaisella Tuma ruskealla BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

4 Epiteelisolun tukirangan organisoituminen
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

5 Tukiranka solun muodonmuutoksen aikana
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

6 Tukiranka 1 sytoskeleton 3 päätyyppiä 1. Mikrofilamentit
4-6 nm paksuisia, aktiinia 2. Mikrotubulukset läpimitta 25 nm, koostuvat tubuliinista  putkia 3. Välikokoiset filamentit läpimitta 10 nm, kemiallinen koostumus vaihtelee lisäksi monet sytosolin proteiinit tukirangan toiminnallisia osia  kytkevät säikeitä soluelimiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

7 Tukiranka 2 mikrofilamentit ja mikrotubulukset hajoavat ja muodostuvat uudelleen nopeasti; välikokoiset filamentit pysyvämpiä kantamolekyyleinä sytosolin prot. monomeerit  polymerisoituminen  säikeet, putket Merkitys tuki + liike myosiini (myös muissa k. lihassoluissa) + aktiini sikiöiden kudosten ja elinten synty (histo- ja organogeneesi) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

8 Aktiini runsaasti solun sisällä 1-5 % kaikista proteiineista
Ihmisellä 6 aktiinigeeniä Geenien tuotteet: - 4 -aktiinia - - ja -aktiini poikkeavat vain muutaman aminohapon verran BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

9 solu aktiinin osuus prot. % fibroblasti 10 ameeba 15
verihiutale (human) maksasolu 2 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

10 Aktiini … -aktiinia esiintyy lähinnä lihassoluissa
- ja -aktiinia muissa soluissa evoluutiossa säilyneet hyvin, ameebojen aktiini ihmisen kaltainen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

11 Filamenttien lämpötilastabiilisuus
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-8 (part 1 of 2) Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

12 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure 16-8 (part 2 of 2) Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

13 Aktiini saadaan polymerisoitumaan koeputkessa
Polymerisoituminen koeputkessa lisäämällä suolakonsentraatiota tai nostamalla Ta BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

14 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja
1) Aktiinisäikeiden välisiä poikkisidoksia Filamiini -aktiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

15 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja …
2) Solukalvoon yhdistäviä Filamiini -aktiini Dystrofiini Spektriini Esriini Taliini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

16 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja …
3) Aktiinisäikeiden päihin tulpaksi liittyviä proteiineja CapZ (plus-pää) Tropomoduliini (miinus-pää) Kofiliini (plus-pää) Severiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

17 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja …
4) Aktiinisäikeitä katkaisevia Severiini Gelsoliini Kofiliini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

18 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja …
5) Aktiinin polymerisaatiota edistäviä proteiineja Profiliini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

19 Aktiiniin sitoutuvia proteiineja …
6) Liikkeeseen tarvittavan molekyylimoottorin muodostuminen Myosiini Tropomyosiini Troponiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

20 Plasma membrane Glycophorin Band 3 dimer Band 4.1 Ankyrin Ankyriini yhdistää spektriinin kolmois-nauhan proteiinit solukalvon anioni-transpor-teriin Spectrin tetramer Erytrosyytin sytoskeletonin proteiinit. Vuorovaikutus integraali-kalvoproteiinien kanssa. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

21 Erytrosyytin proteiinit
spektriinin tetrameerin päätekompleksin komponentin hypoteettinen järjestys ja vuorovaikutukset BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

22 Mikrofilamentit verihiutaleissa
Trombosyytit levossa, levymäinen muoto Hyytymisaineen vaikutus  solut leviävät keskeltä ulospäin Hyytymisen aikana satelliittimainen muoto, ulospäin useita filopodeja. Aktiinin morfologinen uudelleenjärjestäytyminen, yhteydet solukalvoon BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

23 Platelet Aktiinifilamentit filamiinin välityksellä kiinnittyy kolmiulotteisesti geeliin Geeli täyttää trombosyytin sytosolin Kiinnittyminen filamiinin avulla glykoproteiinin 1b-IX-kompleksiin verihiutaleen kalvolla GP 1b-IX on kalvoreseptori kahdelle verihyytymisproteiinille BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

24 Muscle Dystrofiini kiinnittää aktiinifilamentit kalvon integraaliproteiiniin Kompleksi sitoo lamiinin ja agriinin ekstrasellulaariseen matriksiin (ECM) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

25 Viimeksi käsiteltiin Aktiiniin sitoutuvia proteiineja
Aktiinisäikeiden välisiä poikkisidoksia Solukalvoon yhdistäviä - erytrosyytti, trombosyytti, lihassolu Aktiinisäikeiden päihin tulpaksi liittyviä proteiineja Aktiinisäikeitä katkaisevia Aktiinin polymerisaatiota edistäviä proteiineja Liikkeeseen tarvittavan molekyylimoottorin muodostuminen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

26 Epiteelisolu ERM-proteiini esriini ja EBP50 kytkevät aktiinifilamentin kystisen fibroosan läpimenevään reseptoriin (CFTR) Esriini avautuu oligomeeriksi ja syntyy pää-häntä-dimeeri BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

27 Capping protein Aktiinisäikeiden päihin tulpaksi liittyviä proteiineja
Toksiinit häiritsevät aktiinin monomeeri–polymeeri tasapainoa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

28 Alkaloidien vaikutus aktiiniin
Esim. sieniperäinen alkaloidi sytokalasiini D aktiinifilamentin polymerisoitumisen sitoutumalla F-aktiinin pluspäähän ja estää seuraavan yksikön kiinnittymisen Toinen sienistä erittyvä toksiini latrunkuliini sitoutuu G-aktiiniin ja inhiboi sen kiinnittymisen filamentin päähän BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

29 Profiliini sitoutuu aktiinin monomeeriin
aktiinin polymerisaatiota edistävä proteiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

30 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

31 Profiliini Profiliini ja tymosiini 4 säätelevät G-aktiinin polymerisaatiota BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

32 Profiliini migraatiossa
Profiliini kumuloituu vaeltavan fibroblastin johtaviin ulokkeisiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

33 Aktiinin järjestäytyminen fibroblastissa
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

34 Actin cross-linking proteins
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

35 Aktiinifilamenttikimppujen muodostumen
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-49a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

36 Aktiini mikrovilluksissa
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-50a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

37 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure 16-50b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

38 Aktiiniverkko filaaminin avulla
Actin filament Filamin cross-linker BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

39 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

40 Gelsoliini Jos sytosolin Ca2+-konsentraatio on alle 10-6 M, gelsoliini ei sitoudu aktiinifilamenttiin Korkea Ca2+-konsentraatio johtaa gelsoliinin ja aktiinin välisen kovalenttisen sidoksen vahvistumiseen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

41 Mikrofilamentit 1 lihassolun supistumismekanismi 1950-luvun lopulla (Huxley) ATP + CA2+  säikeiden väliset sillat epiteelisolun mikrofilamentit tunnetaan parhaiten myös muiden solujen sekä soluorganellien liike nojautuu aktiinisäikeisiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

42 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Microfilaments

43 Mikrofilamentti (aktiinifilamentti)
Actin tubulin 7 nm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

44 Actin filament Fascin cross-linker 36 nm
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

45 Mikrofilamentit 2 Aktiini hydrolyysi, Ca2+  kierteinen säie
G-aktiini (globular) F-aktiini (filamentous) ATP ADP  kierteinen säie lihakset ja mikrovillukset tunnetaan parhaiten BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

46 Mikrofilamentit 3 Aktiinia sitovat proteiinit:
aktiini + myosiini + tropomyosiini  liike aktiini + -filamiini  yhtenäinen geeli aktiini + fimbriini  yhdensuunt. säiekimput aktiini + vinkuliini  kiinnittyminen solumembraaniin Ca2+-ionien ohjailu tropomyosiini-troponiini-C-järjestelmä lihassolussa muissa kalmoduliini säikeiden kiinnittyminen alustaan kiinnityslevyn (adhesion plate) avulla BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

47 Mikrotubulukset 1 jopa 50 % solun tubuliinista liukoisena
läpimitta 25 nm, pituus useita µm erityisen runsaasti ulokkeissa, esim. aksonit; 15 % proteiineista tubuliinia solun kuljetusverkosto kromosomien liikkeiden ohjaus punasolun plasmamembraanin alla  kaksoiskoveruus verihiutaleissa  osallistuu aktiivisesti hyytymistapahtumaan BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

48 Tubuliini ja keratiini
Makrofagit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

49 Mikrotubulus 10 µm Tubulin dimer 25 nm
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

50 Mikrotubuluksen rakenne
Tubulin heterodimerin beeta tubulin alfa tubulin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

51 Mikrotubuluksen rakentuminen ala- yksiköistään
alfa tubulin beeta tubulin Dimers on Mikrotubuluksen rakentuminen ala- yksiköistään GTP cap Dimers off BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

52 Mikrotubulukset 2 Mikrotubulusten organisaatio-keskukset
toinen pää yl. ankkuroitunut ±solun keskelle (sentriolin lähelle)  MAP (organisaatiokeskus) identtinen sentriolin kanssa keskellä parilliset sentriolit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

53 Mikrotubuluksen organisointi-keskus
Microtubule organizing center (MTOC) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

54 Mikrotubulukset 3 Tubuliini mikrotubulusten sisältämä proteiini
esiintyy kahtena polypeptidiketjuna MW 50 kD tubuliiniyksiköt pituussuunnassa peräkkäin  EM kuvassa ohuina rihmoina liukoinen tubuliini vapaana sytosolissa  polymerisoitumalla varsinainen tubuliini (cAMP) säätelee BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

55 Mikrotubuluksen poikkileikkaus
Microtubule cross section BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

56 Mikrotubulukset 4 Dyneiini
tumasukkulan mikrotubulusten proteiini  ATPaasin aktiviteettia  liike samanlaista kuin värekarvoissa ja siimoissa mikrotubulusten aktiivista liikettä: tubuliini-dyneiini (vrt. lihasten aktiini-myosiini) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

57 Molekyylimoottorit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

58 Moottoriproteiinit Assosioituvat sytoskeletoniin
Sitoutuvat polaroituineisiin tukirangan filamentteihin Saavat energiansa syklisesti toistuvista ATP-hydrolyysistä  kuljettaa molekyyliä eteenpäin Jokaisessa eukaryottisolussa on tusinoittain erilaisia moottoriproteiineja Kuljettavat kalvorakenteisiin liittyviä organelleja, mm. mitokondrioita, Golgin laitteen varsia, eriterakkuloita sopiviin paikkoihin solussa Kuljettavat tukirangan filamentteja supistuksen ja jännityksen aikana (lihassupistus, ripsiliike, solunjakautuminen, DNA- ja RNA-polymeraasi) Liikkeelle energia nukelosiditrifosfaateilta BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

59 Tukirangan motorisen molekyylin liike
Esim. cilia ja flagella Motor molecule (ATP powered) Microtubule of cytoskeleton BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

60 Motorisen molekyylin kiinnittyminen reseptoriin
Näin esim. transmitteriä sisältävä vesikkeli kulkee kohti aksonin kärkeä. Organelle Receptor for motor molecule Microtubule of cytoskeleton Motor molecule (ATP powerwd) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

61 Motoristen molekyylien liike 1
Kinesiini, suunta positiivinen Light chains Heavy chains Microtubule BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

62 Motoristen molekyylien liike 2
Dyneiini, suunta negatiivinen Light chain Heavy chain BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

63 Kinesiini ja dyneiini ovat moottoriproteiineja, jotka kuljettavat mm
Kinesiini ja dyneiini ovat moottoriproteiineja, jotka kuljettavat mm. solunkuljetusrakkuloita päinvastaisiin suuntiin. Kinesiinin avulla tapahtuu liike mikrotubuluksen plus-päätä kohti ja dyneiinin avulla miinus-päätä kohti BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

64 Myosiini II BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure 16-54a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

65 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure 16-54b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

66 Myosiini II bipolaarinen paksu filamentti poikkijuovaisessa lihaksessa
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-55a,b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

67 EM-kuvan perusteella kaavamainen esitys
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-55c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

68 Myosiinin aktiivisuus on voitu osoittaa
Aktiini merkitty fluorisoivalla falloidiinilla. ATP:n lisääminen  filamenttien liukuminen Videokuvaus BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

69 Myosiinin superperheen jäsenet
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

70 Välikokoiset filamentit
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

71 Välikokoiset filamentit
jokseenkin suoria paksuus n. 10 nm koko siis mikrotubulusten (25 nm) ja mikrofilamenttien (6 nm) väliltä esiintyy lähes kaikissa soluissa tukevat solun rakennetta ja lisäävät solun kestävyyttä Keratiini lähes kaikissa välikokoisissa filamenteissa keratiinifilamentit es. epiteelisoluissa desmosomeihin liittyvissä tonofilamenteissa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

72 Välikokoinen filamentti
Protein subunits Fibrous subunits 10 nm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

73 lihassolun intermediaarisäikeen proteiini
Desmiini lihassolun intermediaarisäikeen proteiini desmiinisäikeeseen liittyy aktiinia liittää lihassolun myofibrilleja Z-levyihin pitää paikallaan lihassolun organelleja supistumisen kuluessa Vimentiini menkymaalisissa soluissa Neurofilamentit ja periferiini Hermosoluissa Nestiini Hermo- ja lihas- kantasoluissa Lamiini A ja B Erilaistuneet solut BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

74 Vimentiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

75 Lamiini Lamiini muodostaa verkon tumakotelon sisälle
Lamiinit kiinnittyvät fosfolipidikalvoon isoprenyylin avulla ja stabiloivat tumakotelon BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

76 solukalvoon kiinnittyviä säikeisiä levyjä paksuus n. 10 nm
Tonofilamentit osa solun tukirankaa solukalvoon kiinnittyviä säikeisiä levyjä paksuus n. 10 nm soluliman ja solukalvon liittyminen yhteen desmosomeissa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

77 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Table Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

78 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Table Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

79 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure 16-23a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

80 Sentrioli eli keskusjyvänen
lähellä solun keskustaa interfaasivaiheessa Golgin laitteen tuntumassa, sytosentrumissa parillinen ( diplosomi) pituus 0,3 µm, paksuus 0,1 µm lieriömäinen 9 triplettiä (kaksi avointa, yksi suljettu) merkitys mitoosissa replikoitumiskykyisiä sis. mahd. oman genomin (vrt. mitokondriot) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

81 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure 16-30a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

82 Värekarvat (cilia) ja ripset (flagella)
Ciliat ohuita, halk. 0,5 µm pituus 2-10 µm liikkuvia ympärillä solukalvo runs./solu värekarvaliike koordinoitua, autom. liikettä  hiukkaset haluttuun suuntaan esim. munatorven pinnan värekarvojen aaltoliike kuljettaa munasolun kohti kohtua nopeus tuhansia µm/min Flagellat tavallisesti cilioita pitempiä, µm muutamia/solu BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

83 Ciliumin hienorakenne
Axoneme Basal body BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

84 Ciliumin poikkileukkaus
Basal body Centriole BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

85 Cilioiden edestakainen lyönti
Direction of organism´s movement Direction of active stroke Direction of recovery stroke BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

86 Cilioiden peittämä paramecium
A dense nap of beating cilia covers this Paramecium, a motile protist (SEM) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

87 Flagella 1 µm Propulsion of a sperm cell is an example of
falgellate locomotion (SEM) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

88 Tyvikappale (basal body 9+0 –tyyppiä
epiteelisolun latvassa  liittyvät ao. soluista ulospistäviin värekarvoihin ja ripsiin Aksoneema värekarvojen keskellä oleva akseli 9+2 –rakenne kaksoisputkirakenne (kaksi mikroputkea, dupletti) dyneiinivarret BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

89 tubuliini-dyneiini analoginen lihaksen aktiini-myosiinin kanssa
katalysoi ATP:n hydrolyysiä  vap. energiaa , mikrotubulusvarret liikkuvat toisiaan pitkin tubuliini-dyneiini analoginen lihaksen aktiini-myosiinin kanssa parill. putket eivät lyhene  liukuvat toistensa lomiin keskellä oleva putkipari  liikkeen suunta BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010