A sejtváz
Nádori Gergely
2003/02/10 22:01
5308 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
Vajon mi tartja össze a sejteket? A baktériumoknak sejtfala van, de a sejtmagvasoknak nem feltétlenül? Akkor miért nem esnek szét? És hogyan képesek változtatni az alakjukat? Mindezekre a kérdésekre az eukarióták legnagyobb találmánya, a sejtváz a válasz. Ismerd meg, hogyan működik!

A sejtváz

Aktinszálak pásztázó elektronmikroszkópos képe

Az eukarióta sejt belső váza egy háromdimenziós hálózat, amely fehérjeszálakból és csövekből áll. Ez a belső szerkezeti váz tartja a sejtszervecskéket (organellumokat) helyükön és határozza meg a sejt alakját. Ez a rendszer felelős a sejten belüli mozgásokért és ez irányítja a sejt egészének mozgását is.
A citoszkeletont három alrendszer alkotja, melyek feladata a fentiek szerint különül el. Ezek a mikrofilamentumok (vékony szálacskák), az intermedier filamentumok (átmeneti szálcsakák) és a mikrotubulusok (fehérjecsövecskék, fehérjemotorok). Habár a sejtváz (citoszkeleton) elnevezés általánosan használt és elfogadott, mégsem tekinthetjük egészen pontosnak amiatt, mert azt sugallja, hogy egy meglehetősen statikus vagyis változatlan rendszerről van szó, holott mind a három struktúra kifejezetten dinamikus, tehát állandóan keletkezik és elbomlik és állandó kapcsolatot tartanak fenn más fehérjékkel is.

A mikrofilmanetumok

Az aktinszálak képződése monomerekből

A mikrofilamentumok a 43kD tömegű aktin fehérjéből álló fonalak. Az aktin a leggyakoribb fehérje a tipikus eukarióta sejtben: akár az összes fehérjemennyiség 15 %-át is kiteheti. Evolúciós szempontból meglehetősen konzervatív polipeptid láncról van szó, hiszen molekuláris biológiai vizsgálatok kimutatták, hogy egy talajlakó amőba (Acantamoeba faj) és a gerincesek aktinjának aminosavsorrendje 95%-ban azonos. Röntgendiffrakciós vizsgálatok arra is fényt derítettek, hogy az aktin egy körtéhez hasonló alakú molekula.
Az aktin négy doménből (azaz elkülöníthető polipeptid láncból) áll, amelyek elhelyezkedése egy meglehetősen nagy hasadékot képez a molekulán. Ez a hasadék egy kétértékű iont (leggyakrabban magnézium-iont) és egy nukleotidot képes megkötni. Mivel az aktin polarizált fehérje (azaz nem egyforma a két vége), ezért a belőle szintetizálódó mikrofilamentum is polaritással rendelkezik. A mikrofilamentum egy egyszálú hélix, amelyben minden aktin-alegység 166 fokkal van elfordulva az előzőhöz képest, amely alapján minden 36 nm-enként (azaz 13 alegységenként) a monomerek takarásba (azaz ugyanolyan helyzetbe) kerülnek. Az aktinszálak feladata sokrétű, mégis egy fő célt szolgál, ez pedig az egész sejt összehangolt mozgatása. Mind az amőboid mozgásban, mind pedig a magasabbrendűek sejtjeinek mozgatásában fontos szerep jut nekik. Ezek a fehérjék alkotják a mikrobolyhok belső szerkezetét is a vékonybél felszívóhám sejtjeiben.

Mikrotubulusok

Mikrotubulushálózat képe (immunfluoreszcens technika)

Hajlékony, belül üreges fehérjecsövek. Minden mikrotubulus spirálisan összekapcsolódó tubulin-dimerekből épül fel, ahogy az az ábrán is látható. Feladatuk elsősorban a sejtszervecskék mozgatása. Minden eukarióta sejtben előfordul, jelentősége mégis ott és akkor szembetűnő, ahol és amikor a sejtben tömegesen szükséges az efféle organellum-transzport. Leginkább tehát dinamikusan szerveződő teherszállító vasútvonalakra emlékeztetnek. Szerepük döntő jelentőségű pl. az idegsejtekben, ahol a sejttestben megtermelődő neurotranszmitterek vezikulumokba csomagolva érkeznek a szinapszisokhoz, hogy odaérkező inger esetén kiürítsék tartalmukat. Minden sejtben nagy mennyiségben szintetizálódnak sejtosztódás esetén, amikor fő szerepük a kromatidák (mitózis, azaz számtartó osztódás esetén) illetve a homológ kromoszómapárok (meiózis, azaz számfelező osztódás esetén) széthúzása az osztódás utószakaszában (anafázis). A szállítás mechanizmusa egyszerű. A folyamat alapját az képezi, hogy a mikrotubulusok funkcionálisan is polarizáltak, vagyis két végükön ellentétes folyamat játszódik le: az ún. (+) végen a tubulin molekulák folyamatos összekapcsolódása folyik, a másik, (-) végen pedig depolimerizáció, vagyis a mikrotubulus lebontása történik. A (+) véghez fehérjékkel kapcsolódó vezikulum a fehérjecső palástján spirális mozgással fokozatosan a másik véghez jut. A kromoszómák mozgatásánál ezt az elvet egyelőre nem sikerült bizonyítani, ezért feltételezik, hogy az egyik végükkel a sejtközponthoz kapcsolódó húzófonalak a szállító (vagyis a kromoszómák befűződésével kapcsolódó) végükön fokozatosan rövidülnek.
A mikrotubulusok szintézisét bizonyos gyógyszerek (pl. a kikericsben is előforduló kolchicin) gátolják, ezért ezeket az anyagokat egyúttal a mitotikus osztódás gátló tényezőiként is számon tartjuk. Vannak olyan idegrendszeri betegségek is, amelyek a mikrotubulusok működéskiesésével kapcsolatosak.
Figyeld meg ebben az animációban, milyen a mikrotubulusok szerkezete! (5,2 MB, mpg)

Átmeneti (intermedier) filamentumok (IF)

Az átmeneti filamentumok elektronmikroszkópos képe dezmoszómák közelében.

Nevüket onnan kapták, hogy a sejtváz elemei között 10 nm-es átmérőjükkel átmenetet képeznek a mikrofilamentumok és a mikrotubulusok között. Sok minden más is indokolja azt, hogy külön csoportba soroljuk őket. Gyakran elhalt szövetrészekben (bőr, szőr) is állandó szerkezeti elemként jelennek meg, így a három rendszer közül ezek a legkevésbé dinamikus struktúrák. Így aztán kis túlzással azt is állíthatjuk, hogy a szépség ezeknek a molekuláknak köszönhető. Az IF molekulák is dimerekből épülnek fel, és dupla hélix szerkezetet alkotnak. Szerkezeti elemként minden sejtben fontos szerepük van azok alakjának meghatározásában, így átalakulásukra is akkor kerül sor, amikor a sejt alakja változik, pl.: osztódás során. Az evolúciós szempontból konzervatív aktin és tubulin molekulákkal szemben csak az emlősök sejtjeiben több mint 40 féle IF molekulát írtak már le. Ezeket öt csoportba szokás sorolni szöveti előfordulásuk és funkciójuk alapján. Két molekulát említünk meg név szerint is: az egyik a szőrök és a haj anyagát is alkotó keratin, a másik pedig az idegsejtekben fontos szerepet betöltő neurofilamentumok.

A citoszkeleton elemeinek elhelyezkedése a sejtben

A mikrotubulusok dinamikus működése

A három komponens jól elkülöníthető helyen található a sejtben. A mikrofilamentumok a sejt legszélső rétegében az ún. "sejtkéregben" gyűlnek fel leginkább. A mikrotubulusok a sejtmag környezetében indulnak és a sejt szélei felé haladnak. Az átmeneti filamentumok a mikrotubulusokhoz hasonlóan haladnak, azzal a kiegészítéssel, hogy a sejtkapcsolatok (pl. dezmoszómák) helyén nagy mennyiségben gyűlnek fel. A két utóbbi elem sosem fordul elő a sejtek aktívan mozgó, vagy átalakuló szélein, ahol elsősorban mikrofilamentumokat találunk jelentős mennyiségben. A háromféle struktúra gyakran kapcsolódik össze. Legjobb példa erre talán az idegsejtek axonjaiban összekapcsolódó mikrotubulusok és átmenmeti filamentumok együttes előfordulása.
A fentiek alapján a citoszkeleton jelentősége sokrétű: mind az egyes sejtek, mind a szövetek, mind pedig az egész szervezet szintjén fontos tulajdonságokat hordoz.
A mikrofilamentumok és a mikrotubulusok sok szempontból hasonlóak egymáshoz: van polaritásuk, dinamikus szerkezetek, amelyek felépülésükhöz ATP-ben vagy GTP-ben tárolt energiát hasznosítanak. Az átmeneti szálacskák inkább statikusak, lebomlásuk pedig foszforilációval (energia tárolással) kapcsolódik. A három rendszer mechanikai tulajdonságaiban is különbözik egymástól: a mikrofilamentumok sűrű, viszkózus gélt alkotnak, a mikrotubulusok ellenállóak a hajlítással és összenyomással szemben, míg az átmeneti filamentumok ellenállóak a nyújtással szemben.

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
ENABLE pilot Program iskoláknak a bullying ellen
eBiztonság Minősítés Minősítési rendszer oktatási intézményeknek