Actin

Actin jest białkiem strukturalnym występującym we wszystkich komórkach eukariotycznych. Bierze udział w budowie cytoszkieletu i mięśni.

Co to jest aktyna

Aktyna jest ewolucyjnie bardzo starą cząsteczką białka. Jako białko strukturalne jest zawarte w cytoplazmie każdej komórki eukariotycznej oraz w sarkomerze wszystkich włókien mięśniowych.

Wraz z mikrotubulami i włóknami pośrednimi tworzy cytoszkielet każdej komórki w postaci włókien aktynowych. Jest współodpowiedzialny za tworzenie struktury komórkowej oraz ruch cząsteczek i organelli komórkowych w obrębie komórki. To samo dotyczy spójności komórek poprzez połączenia ciasne lub połączenia adherenowe. We włóknach mięśniowych aktyna wraz z białkami miozyny, troponiny i tropomiozyny powodują skurcze mięśni.

Aktynę można podzielić na trzy jednostki funkcjonalne alfa-aktynę, beta-aktynę i gamma-aktynę. Alfa-aktyna jest składnikiem strukturalnym włókien mięśniowych, podczas gdy beta i gamma-aktyna znajdują się głównie w cytoplazmie komórek. Aktyna to bardzo konserwatywne białko, które występuje w jednokomórkowych komórkach eukariotycznych z bardzo małymi odchyleniami w sekwencji aminokwasów. U ludzi 10 procent wszystkich cząsteczek białka w komórkach mięśniowych składa się z aktyny. Wszystkie inne komórki nadal zawierają od 1 do 5 procent tej cząsteczki w cytoplazmie.

Funkcja, efekt i zadania

Aktyna pełni ważne funkcje w komórkach i włóknach mięśniowych. W cytoplazmie komórki, jako część cytoszkieletu, tworzy gęstą, trójwymiarową sieć, która utrzymuje razem struktury komórkowe.

W niektórych punktach sieci struktury wzmacniają się, tworząc wybrzuszenia błony, takie jak mikrokosmki, synapsy lub pseudopodia. Połączenia przylegające i Ścisłe połączenia są dostępne dla kontaktów komórek. Ogólnie rzecz biorąc, aktyna przyczynia się do stabilności i kształtu komórek i tkanek. Oprócz stabilności aktyna zapewnia również procesy transportu w komórce. Wiąże ważne strukturalnie pokrewne białka transbłonowe, dzięki czemu pozostają one blisko siebie. Za pomocą miozyn (białek motorycznych) włókna aktyny również przenoszą się na krótkie odległości.

Na przykład pęcherzyki mogą być transportowane do błony. Dłuższe odcinki są przejmowane przez mikrotubule za pomocą białek motorycznych kinezyny i dyneiny. Aktyna zapewnia również mobilność komórek. Komórki muszą mieć możliwość migracji w organizmie przy wielu okazjach. Dotyczy to w szczególności reakcji immunologicznych lub gojenia się ran, a także ogólnych ruchów lub zmian w kształcie komórek. Ruchy mogą opierać się na dwóch różnych procesach. Z jednej strony ruch może być wywołany przez ukierunkowaną reakcję polimeryzacji, az drugiej strony poprzez interakcję aktyna-miozyna.

W interakcji aktyna-miozyna, włókna aktyny są budowane jako wiązki włókienek, które działają jak ciągnięcie lin za pomocą miozyny. Filamenty aktynowe mogą powodować przerost komórek w postaci pseudopodii (filopodia i lamellipodia). Oprócz swoich różnorodnych funkcji w komórce, aktyna jest oczywiście odpowiedzialna za skurcze mięśni zarówno szkieletowych, jak i gładkich. Ruchy te są również oparte na interakcji aktyna-miozyna. Aby to zapewnić, wiele filamentów aktyny jest połączonych z innymi białkami w bardzo uporządkowany sposób.

Edukacja, występowanie, właściwości i optymalne wartości

Jak już wspomniano, aktyna znajduje się we wszystkich organizmach i komórkach eukariotycznych. Jest nieodłączną częścią cytoplazmy i zapewnia stabilność komórek, zakotwiczenie strukturalnie powiązanych białek, transport pęcherzyków na krótkie odległości do błony komórkowej i ruchliwość komórek. Bez aktyny komórka nie byłaby w stanie przetrwać. Istnieje sześć różnych wariantów aktyny, które są podzielone na trzy warianty alfa, jeden wariant beta i dwa warianty gamma.

Aktyny alfa biorą udział w rozwoju i skurczu mięśni. Duże znaczenie dla cytoszkieletu cytoplazmy mają beta-aktyna i gamma-1-aktyna. Z kolei gamma-2-aktyna odpowiada za mięśnie gładkie i mięśnie jelit. Podczas syntezy początkowo tworzy się monomeryczna globularna aktyna, znana również jako G-aktyna. Z kolei poszczególne cząsteczki białka monomerycznego polimeryzują, tworząc filamentarną F-aktynę.

Podczas procesu polimeryzacji kilka sferycznych monomerów łączy się, tworząc długą, nitkowatą F-aktynę. Zarówno konstrukcja, jak i rozkład łańcuchów są bardzo dynamiczne. W ten sposób szkielet aktynowy można szybko dostosować do aktualnych wymagań. Ponadto proces ten zapewnia również ruchy komórek. Reakcje te mogą być hamowane przez tak zwane inhibitory cytoszkieletu. W przypadku tych substancji hamowana jest polimeryzacja lub depolimeryzacja. Mają znaczenie medyczne jako produkty lecznicze w chemioterapii.

Choroby i zaburzenia

Ponieważ aktyna jest niezbędnym składnikiem wszystkich komórek, wiele zmian strukturalnych wywołanych mutacjami prowadzi do śmierci organizmu. Mutacje genów alfa aktyn mogą powodować zaburzenia mięśni. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku alfa-1-aktyny.

Ze względu na to, że alfa-2-aktyna jest odpowiedzialna za mięśnie aorty, w przypadku zmutowania genu ACTA2 może wystąpić rodzinny tętniak aorty piersiowej. Gen ACTA2 koduje alfa-2-aktynę. Mutacja w genie ACTC1 odpowiedzialnym za alfa aktynę serca powoduje kardiomiopatię rozstrzeniową. Ponadto mutacja ACTB jako genu cytoplazmatycznej beta-aktyny może powodować chłoniaki wielkokomórkowe i rozlane z komórek B. Niektóre choroby autoimmunologiczne mogą mieć podwyższony poziom przeciwciał przeciwko aktynie.

Dotyczy to w szczególności autoimmunologicznego zapalenia wątroby. Jest to przewlekły przebieg zapalenia wątroby, który w dłuższej perspektywie prowadzi do marskości wątroby. Tutaj znajduje się przeciwciało przeciwko aktynie mięśni gładkich. Pod względem diagnostyki różnicowej autoimmunologiczne zapalenie wątroby nie jest tak łatwe do odróżnienia od przewlekłego wirusowego zapalenia wątroby. Ponieważ w przewlekłym wirusowym zapaleniu wątroby przeciwciała przeciwko aktynie mogą być również stymulowane w mniejszym stopniu.