Mikroglühfäden (oder actin Glühfäden) sind die dünnsten Glühfäden des cytoskeleton, eine im Zytoplasma aller eukaryotic Zellen gefundene Struktur. Diese geradlinigen Polymer von actin Subeinheiten sind flexibel und relativ stark, Knickung durch multi-piconewton Druckkräfte und Glühfaden-Bruch durch nanonewton dehnbare Kräfte widerstehend. Mikroglühfäden sind hoch vielseitig, im Zellkriechen, amoeboid Bewegung und Änderungen in der Zellgestalt fungierend. Im Verursachen dieser Zelle motility verlängert sich ein Ende des actin Glühfadens, während sich das andere Ende, vermutlich durch myosin II molekulare Motoren zusammenzieht. Zusätzlich fungieren sie als ein Teil geactomyosin-steuerter zusammenziehbarer molekularer Motoren, worin die dünnen Glühfäden als dehnbare Plattformen für das ATP-abhängige Ziehen von myosin der Handlung in der Muskelzusammenziehung und uropod Förderung dienen.

Organisation

Glühfäden von Actin werden in zwei allgemeinen Typen von Strukturen gesammelt: Bündel und Netze. Bündel können aus der polaren Glühfaden-Reihe zusammengesetzt werden, in der alle Enden mit Stacheln zu demselben Ende des Bündels oder nichtpolarer Reihe hinweisen, wo die Enden mit Stacheln zu beiden Enden hinweisen. Eine Klasse von actin-verbindlichen Proteinen, genannt Quer-Verbindung von Proteinen, diktiert die Bildung dieser Strukturen. Sich quer-verbindende Proteine bestimmen Glühfaden-Orientierung und Abstand in den Bündeln und Netzen. Diese Strukturen werden durch viele andere Klassen von actin-verbindlichen Proteinen, einschließlich Motorproteine, sich verzweigender Proteine geregelt, Proteine, polymerization Befürworter trennend, und Proteine bedeckend.

Im vitro Selbstzusammenbau

Etwa 6 nm im Durchmesser messend, sind Mikroglühfäden die dünnsten Fasern des cytoskeleton. Sie sind Polymer von actin Subeinheiten (kugelförmiger actin oder G-actin), die als ein Teil der Faser filamentous actin oder F-actin genannt werden. Jeder Mikroglühfaden wird aus zwei Spirale, verflochtenen Ufern von Subeinheiten zusammengesetzt. Viel wie microtubules, actin Glühfäden werden polarisiert. Elektronmikrographen haben Beweise ihrer schnell wachsenden Enden mit Stacheln und ihres langsam wachsenden spitzen Endes zur Verfügung gestellt. Diese Widersprüchlichkeit ist durch das Muster bestimmt worden, das durch die Schwergängigkeit von myosin S1 Bruchstücke geschaffen ist: sie selbst Subeinheiten des größeren myosin II Protein-Komplex. Das spitze Ende wird allgemein minus genannt (-) Ende und das Ende mit Stacheln werden plus (+) Ende genannt.

In vitro actin fängt polymerization oder nucleation, mit der Selbstvereinigung von drei G-actin monomers an, einen trimer zu bilden. ATP-bestimmter actin dann selbst bindet das Ende mit Stacheln, und der ATP ist nachher hydrolyzed. ATP Hydrolyse kommt mit einer halben Zeit von ungefähr 2 Sekunden vor, während die Halbzeit für die Trennung des anorganischen Phosphats ungefähr 6 Minuten ist. Dieses autokatalysierte Ereignis reduziert die verbindliche Kraft zwischen benachbarten Subeinheiten, und destabilisiert so allgemein den Glühfaden. In vivo actin wird polymerization durch eine neue Klasse des Glühfaden-Endverfolgens molekulare Motoren bekannt als actoclampins katalysiert. Neue Beweise weisen darauf hin, dass die Rate der ATP Hydrolyse und die Rate der monomer Integration stark verbunden werden.

Nachher trennt sich ADP-actin langsam vom spitzen Ende, ein Prozess ab, der bedeutsam durch das actin-verbindliche Protein, cofilin beschleunigt ist. ADP hat gebunden cofilin trennt ADP-reiche Gebiete am nächsten (-) - Enden. Nach der Ausgabe trennt sich der freie actin monomer langsam von ADP ab, der der Reihe nach schnell zum freien ATP bindet, der sich im cytosol dadurch verbreitet, den ATP-actin monomeric für die weitere Glühfaden-Verlängerung des Endes mit Stacheln erforderliche Einheiten bildend. Dieser schnelle Umsatz ist für die Bewegung der Zelle wichtig. Endbedeckende Proteine wie CapZ verhindern die Hinzufügung oder den Verlust von monomers am Glühfaden-Ende, wo actin Umsatz, solcher als im Muskelapparat ungünstig ist.

Mechanismus der Kraft-Generation

Infolge der ATP Hydrolyse verlängern sich Glühfäden etwa 10mal schneller an ihren Enden mit Stacheln als ihre spitzen Enden. Am Steady-State-vergleicht die polymerization Rate am Ende mit Stacheln die depolymerization Rate am spitzen Ende, und, wie man sagt, sind Mikroglühfäden treadmilling. Treadmilling läuft auf Verlängerung am Ende mit Stacheln hinaus und am spitzen Ende, so dass der Glühfaden in Gesamtbewegungen kürzer werdend. Da beide Prozesse energisch günstig sind, bedeutet das, dass Kraft, die Energie erzeugt wird, die schließlich aus der Hydrolyse dieser molekularen Einheit der Energiewährung kommt.

Actin in Zellen

Intrazelluläre actin cytoskeletal Zusammenbau und Zerlegung werden durch die Zelle Signalmechanismen dicht geregelt. Viele geben Zeichen, dass transduction Systeme den actin cytoskeleton als ein Schafott verwenden, sie an oder in der Nähe vom inneren Gesicht der peripherischen Membran haltend. Diese Subzellposition erlaubt unmittelbare und exquisite Ansprechbarkeit der transmembrane Empfänger-Handlung und der resultierenden Kaskade von signalbearbeitenden Enzymen. Weil actin monomers wiederverwandt werden muss, um hohe Raten von mit Sitz in actin motility während chemotaxis zu stützen, wie man glaubt, aktiviert Zellnachrichtenübermittlung cofilin, der Actin-Glühfaden depolymerizing Protein, das, wie festgesetzt, zu ADP-reichen actin Subeinheiten am nächsten das spitze Ende des Glühfadens bindet und Glühfaden-Zersplitterung, mit der Begleiterscheinung depolymerization fördert, um actin monomers zu befreien. Das Protein profilin erhöht die Fähigkeit von monomers, sich durch das Anregen des Austausches von actin-bestimmtem ADP für mit der Lösung phasigen ATP zu versammeln, um Actin-ATP und ADP nachzugeben. In den meisten Tierzellen monomeric wird actin zu profilin und thymosin-beta4 gebunden, von denen beide bevorzugt mit der isomorphen Stöchiometrie dazu binden, monomers Zu ATP-enthalten. Obwohl thymosin-beta4 ausschließlich ein monomer-absonderndes Protein ist, ist das Verhalten von profilin viel komplizierter. Profilin wird dem Blei auf Grund von seinem KERN verbindliche Seite übertragen, und es verwendet seinen poly-L-proline verbindliche Seite, um auf endverfolgende Proteine zu docken. Einmal gebunden wird Profilin-Actin-ATP in die Monomer-Einfügungsseite von actoclampin Motoren geladen. Ein anderer wichtiger Bestandteil in der Glühfaden-Bildung ist der Arp2/3 Komplex, der beiseite eines bereits vorhandenen Glühfadens (oder "Mutter-Glühfadens"), wo es nucleates die Bildung eines neuen Tochter-Glühfadens in einem 70 Grad-Winkel hinsichtlich des Mutter-Glühfadens bindet, ein einem Anhänger ähnliches verzweigtes Glühfaden-Netz bewirkend.

Mikroglühfaden hat Proteine vereinigt

In Nichtmuskelzellen, actin Glühfäden werden proximal zu Membranenoberflächen gebildet. Ihre Bildung und Umsatz werden durch viele Proteine geregelt, einschließlich:

• Glühfaden-Endverfolgen-Protein (z.B, formins, VASP, N-WASP)
• Glühfaden-nucleator bekannt als das Actin-zusammenhängende Protein-2/3 (oder Arp2/3) Komplex
• Glühfaden-Quer-Linkers (z.B, α-actinin und fascin)
• Actin monomer-verbindliche Proteine profilin und thymosin-β4
• Glühfaden-Ende mit Stacheln cappers wie das Bedecken des Proteins und CapG, usw.
• Glühfaden trennende Proteine wie gelsolin.
• Proteine von Actin depolymerizing wie ADF/cofilin.

Das actin Glühfaden-Netz in Nichtmuskelzellen ist hoch dynamisch. Wie zuerst vorgeschlagen, durch Dickinson & Purich (Biophysical Zeitschrift 92: 622-631), das actin Glühfaden-Netz wird mit dem Ende mit Stacheln jedes Glühfadens eingeordnet, der der peripherischen Membran der Zelle mittels Verlängerungsmotoren des festgeklammerten Glühfadens, des oben erwähnten "actoclampins" beigefügt ist, der von einem Glühfaden-Ende mit Stacheln und einem Festklemmen-Protein (formins, VASP, Mena, WASP, und N-WASP) gebildet ist. Das primäre Substrat für diese Verlängerungsmotoren ist Profilin-Actin-ATP Komplex, der sich verlängernden Glühfaden-Enden (Dickinson, Southwick & Purich, 2002) direkt übertragen wird. Das spitze Ende jedes Glühfadens wird am Interieur der Zelle orientiert. Im Fall vom lamellipodial Wachstum erzeugt der Arp2/3 Komplex ein verzweigtes Netz, und in Filopodia wird eine parallele Reihe von Glühfäden gebildet.

Actin handelt als eine Spur für den myosin Motor motility

Motoren von Myosin sind intrazelluläre ATP-abhängige Enzyme, die dazu binden und actin Glühfäden vorankommen. Verschiedene Klassen von myosin Motoren haben sehr verschiedene Handlungsweisen, einschließlich des Anwendens der Spannung in der Zelle und dem Transportieren der Ladung vesicles.

Ein vorgeschlagenes Modell - actoclampins verfolgt Glühfaden-Enden

Ein vorgeschlagenes Modell deutet die Existenz des actin Glühfaden-Endverfolgens mit Stacheln an molekulare Motoren haben "actoclampin" genannt. Die vorgeschlagenen actoclampins erzeugen die treibenden Kräfte, die für mit Sitz in actin motility von lamellipodia, Filopodia, invadipodia, dendritic Stacheln, intrazellulärer vesicles und Motile-Prozesse in endocytosis, exocytosis, podosome Bildung und phagocytosis erforderlich sind. Motoren von Actoclampin treiben auch solchen intrazellulären pathogens als Listeria monocytogenes, Shigella flexneri, Vaccinia und Rickettsia an. Wenn gesammelt, unter passenden Bedingungen können diese endverfolgenden molekularen Motoren auch biomimetic Partikeln antreiben.

Der Begriff actoclampin wird aus acto-abgeleitet, um die Beteiligung eines actin Glühfadens, als in actomyosin und Klammer anzuzeigen, um ein sich die Hand reichendes Gerät anzuzeigen, das verwendet ist, um flexible/bewegende Gegenstände zu stärken und um zwei oder mehr Bestandteile sicher zu befestigen, die von der Nachsilbe gefolgt sind - in, seinen Protein-Ursprung anzuzeigen. Ein actin Glühfaden-Endverfolgen-Protein kann so ein clampin genannt werden.

Dickinson und Purich (2002) haben anerkannt, dass schnelle ATP Hydrolyse die während mit Sitz in actin motility erreichten Kräfte erklären konnte. Sie haben eine einfache mechanoenzymatic Folge vorgeschlagen, die als das Schloss, die Last & das Feuermodell bekannt ist, in dem ein endverfolgendes Protein dicht gebunden ("geschlossen" oder festgeklammert) auf das Ende eines Subglühfadens des doppelt gestrandeten actin Glühfadens bleibt. Nach der Schwergängigkeit zu Glycyl-Prolyl-Prolyl-Prolyl-Prolyl-Prolyl-registers auf Spurenleser-Proteinen wird Profilin-ATP-actin ("geladen") an das unfestgeklammerte Ende des anderen Subglühfadens geliefert, woraufhin ATP innerhalb der bereits festgeklammerten Endsubeinheit des anderen Subbruchstücks ("angezündeter") hydrolyzed ist, die Energie zur Verfügung zu stellen, musste diesen Arm des Endspurenlesers veröffentlichen, der dann einen anderen Profilin-ATP-actin verpflichten kann, eine neue Monomer-Hinzufügung herum zu beginnen.

Schritte beteiligt

Die folgenden Schritte beschreiben einen Kraft erzeugenden Zyklus eines actoclampin molekularen Motors:

1. Der polymerization cofactor profilin und der ATP · actin verbinden sich, um einen profilin-ATP-actin Komplex zu bilden, der dann zur endverfolgenden Einheit bindet
2. Der cofactor und monomer werden dem Ende mit Stacheln eines actin übertragen bereits hat Glühfaden festgeklammert
3. Die Verfolgen-Einheit und cofactor trennen sich vom angrenzenden protofilament in einem Schritt ab, der durch die ATP Hydrolyse-Energie erleichtert werden kann, die Sympathie des cofactor und/oder der Verfolgen-Einheit für den Glühfaden abzustimmen; und dieser mechanoenzymatic Zyklus wird dann wiederholt, dieses Mal auf der anderen Subglühfaden-Wachstumsseite anfangend.

sie mit dem Vorteil der ATP Hydrolyse funktionieren, erzeugen AC Motoren Kräfte pro Glühfaden von 8-9 pN, der viel größer ist als die Grenze pro Glühfaden von 1-2 pN für Motoren, die ohne ATP Hydrolyse funktionieren (Dickinson und Purich, 2002, 2006; Dickinson, Caro und Purich, 2004). Der Begriff actoclampin ist allgemein und wendet auf das ganze actin Glühfaden-Endverfolgen molekulare Motoren, ohne Rücksicht darauf an, ob sie aktiv durch einen ATP-aktivierten Mechanismus oder passiv gesteuert werden.

Einige actoclampins (z.B, diejenigen, die Ena/VASP Proteine, WASP und N-WASP einschließen) verlangen anscheinend, Arp2/3-mediated, dass Glühfaden-Einleitung den actin polymerization Kern bildet, der dann auf den Endspurenleser "geladen" wird, bevor processive motility anfangen kann. Um einen neuen Glühfaden zu erzeugen, verlangt Arp2/3 einen "Mutter"-Glühfaden, monomeric ATP-actin, und ein Aktivieren-Gebiet von Listeria ActA oder dem VCA Gebiet des N-WASP. Ther Arp2/3 Komplex bindet beiseite des Mutter-Glühfadens, einen Y-shaped Zweig bildend, der einen 70 Grad-Winkel in Bezug auf die Längsachse des Mutter-Glühfadens hat. Dann nach der Aktivierung durch ActA oder VCA, wie man glaubt, erlebt der Komplex von Arp eine Hauptconformational-Änderung, seinen zwei actin-zusammenhängenden Protein-Subeinheiten in der Nähe von genug zu einander dazu bringend, ein neues Glühfaden-Tor zu erzeugen. Ob ATP Hydrolyse für nucleation erforderlich sein kann und/oder Y-Zweigausgabe eine Sache unter der aktiven Untersuchung ist.

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