A citoszkeleton. A citoszkeleton, a motorfehérjék, az izom és működésének szabályozása. A citoszkeleton. A citoszkeleton.

Hasonló dokumentumok
A citoszkeleton. A citoszkeleton, a motorfehérjék, az izom és működésének szabályozása. A citoszkeleton. A citoszkeleton. Az aktin.

Kollár Veronika

Tartalom. A citoszkeleton meghatározása. Citoszkeleton. Mozgás a biológiában A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER 12/9/2016

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER (Nyitrai Miklós, )

11/15/10! A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER! Polimerizáció! Polimerizációs egyensúly! Erő iránya szerint:! 1. valódi egyensúly (aktin)" Polimer mechanika!

A citoszkeletális rendszer, a harántcsíkolt izom biofizikája.

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER FUTÓ KINGA

A citoszkeletális rendszer, motorfehérjék.

Biofizika I

A citoszkeletális rendszer, motorfehérjék.

A biológiai mozgások. Motorfehérjék. Motorfehérjék közös tulajdonságai 4/22/2015. A biológiai mozgás molekuláris mechanizmusai. Szerkezeti homológia

BIOMECHANIKA 3 Erőhatások eredete és következményei biológiai rendszerekben

A biológiai mozgás molekuláris mechanizmusai

A biológiai mozgások. A biológiai mozgás molekuláris mechanizmusai. Motorfehérjék. Motorfehérjék közös tulajdonságai

Citoszkeleton. Sejtek rugalmassága. Polimer mechanika: Hooke-rugalmasság. A citoszkeleton filamentumai. Fogászati anyagtan fizikai alapjai 12.

A harántcsíkolt izom struktúrája általános felépítés

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA AZ IZOMMŰKÖDÉS 1. kulcsszó cím: A SZERVEZETBEN ELŐFORDULÓ IZOM- SZÖVETEK TÍPUSAI 1. képernyő cím: Sima izomszövet

Biofizika I

A citoszkeletális rendszer

A motorfehérjék definíciója. A biológiai motorok 12/9/2016. Motorfehérjék. Molekuláris gépek. A biológiai mozgás

Biofizika I

A citoszkeleton Eukarióta sejtváz

Dinamikus fehérjerendszerek a sejtben

A citoszkeletális rendszer

Izomműködés. Az izommozgás. az állati élet legszembetűnőbb külső jele a mozgás amőboid, ostoros ill. csillós és izomösszehúzódással

Dinamikus fehérjerendszerek a sejtben. Kellermayer Miklós

Motorfehérjék november 30.; Nyitrai

Sejtmozgás és adhézió Molekuláris biológia kurzus 8. hét. Kun Lídia Genetikai, Sejt és Immunbiológiai Intézet

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER Bugyi Beáta PTE ÁOK, Biofizikai Intézet. 9. A sejtmozgás mechanizmusai

BIOMECHANIKA 2 Erőhatások eredete és következményei biológiai rendszerekben

Történeti áttekintés. Eukarióta. Prokarióta. A citoszkeletális rendszer. Motorfehérjék. A biológiai mozgás molekuláris mechanizmusai.

Jellemzői: általában akaratunktól függően működik, gyors, nagy erőkifejtésre képes, fáradékony.

Tubulin, mikrotubuláris rendszer és mikrotubulus asszociált fehérjék

Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

Izomműködés. Harántcsíkolt izom. Simaizom és simaizom-alapú szervek biofizikája.

Tubulin, mikrotubuláris rendszer és mikrotubulus asszociált fehérjék

Az izomszövet biokémiája. Izombetegségek. Szerkesztette: Fekete Veronika

A sejtváz. Mikrotubulusok (25 nm átmérő) Mikrofilamentumok (7 nm átmérő) Intermedier filamentumok (8-12 nm átmérő)

2011. október 11. Szabad János

Citoszkeleton Sejtmozgás

Sejtváz Sejtek mozgása

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

Sejtciklus. Sejtciklus. Centriólum ciklus (centroszóma ciklus) A sejtosztódás mechanizmusa. Mikrotubulusok és motor fehérjék szerepe a mitózisban

Kollokviumi vizsgakérdések biokémiából humánkineziológia levelező (BSc) 2015

DNS, RNS, Fehérjék. makromolekulák biofizikája. Biológiai makromolekulák. A makromolekulák TÖMEG szerinti mennyisége a sejtben NAGY

Az izomműködés élettana

2. AKTIN-KÖTŐ FEHÉRJÉK

Az izommőködéssel járó élettani jelenségek

Nanomedicina Szimpózium, Nanomechanika: Egyedi Biomolekulák Manipulálása. Kellermayer Miklós

Vázizom Simaizom. Szentesi Péter

Mozgás élettani jelentősége

A harántcsíkolt izomrostok típusai:

TERMELÉSÉLETTAN. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A projekt

IONCSATORNÁK. Osztályozás töltéshordozók szerint: pozitív töltésű ion: Na+, K+, Ca2+ negatív töltésű ion: Cl-, HCO3-

Testtömegünk kb. felét az izomszövet teszi ki.

Bodosi Balázs. Az emberi test 40-45%-a izom.

A vázrendszer, az izomkontrakció alapjai, az izomsejtek típusai és működésük

Izomélettan. Vázizom

A membránok és a citoszkeleton kapcsolata. A sejtosztódás és a sejtciklus. Előadó:Gönczi Mónika Debreceni Egyetem, ÁOK, Élettani Intézet

Az élő sejt fizikai Biológiája: motorfehérjék, egyensúlytól távoli folyamatok

MULTICELLULÁRIS SZERVEZŐDÉS: SEJT-SEJT (SEJT-MÁTRIX) KÖLCSÖNHATÁSOK 1. Bevezetés (2.)Extracelluláris mátrix (ECM) (Kollagén, hialuron sav,

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

Emberi szövetek. A hámszövet

A motorfehérjék hatékonyságának molekuláris háttere

Vérkeringés. A szív munkája

Fehérjeszerkezet, és tekeredés

Az izomkontrakció szabályozása molekuláris szinten

A miokardium intracelluláris kalcium homeosztázisa: iszkémiás és kardiomiopátiás változások

1. Sok izomrost (muscle fiber), melyet kívülről egy hártya, a szarkolemma 3

Egy idegsejt működése

1. Az élő szervezetek felépítése és az életfolyamatok 17

MOTORENZIMEK MŰKÖDÉSÉNEK SOKFÉLESÉGE

Darvas Zsuzsa László Valéria. Sejtbiológia. Negyedik, átdolgozott kiadás

Keringési Rendszer. Vérkeringés. A szív munkája. Számok a szívről. A szívizom. Kis- és nagyvérkör. Nyomás terület sebesség

Izomszövet eredetű aktin izoformák termodinamikai és spektroszkópiai vizsgálata

Az ember izomrendszere, az izomműködés szabályozása

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Szignalizáció - jelátvitel

A vázrendszer, az izomkontrakció alapjai, az izomsejtek típusai és működésük

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

Sejtváz, aktin mikrofilamentumok, motor fehérjék

GONDOLATOK AZ EXCENTRIKUS IZOMMŰKÖDÉSRŐL a csúszó filamentum elmélet korlátai

SEJTBIOLÓGIA biomérnök hallgatók számára

??? eredés. Biceps brachii. Triceps brachii. tapadás. Az emberi test 40-45%-a izom.

Izom energetika. Szentesi Péter

Mi a biomechanika? Mechanika: a testek mozgásával, a testekre ható erőkkel foglalkozó tudományág

A mozgatórendszer biomechanikája. Az előadás diáinak magyarázó szövege

2007/11/05 Molekuláris biológia előadások - Putnoky 1-1

A titin PEVK domén aktinkötő és mechanikai tulajdonságai

Tudjunk Egymásról Bugyi Beáta 22/11/2012

Élettan-anatómia. 1. félév

SEJT,SZÖVET,SZERV BIOLÓGIAI ÖSSZEFOGLALÓ KURZUS 6. HÉT. Kun Lídia Semmelweis Egyetem, Genetika, Sejt és Immunbiológiai Intézet

ANATÓMIA FITNESS AKADÉMIA

A dezmin nanomechanikai vizsgálata

Polimerlánc egyensúlyi alakja. Féregszerű polimermodell (Wormlike chain) WLC (wormlike chain): Entropikus rugalmasság vizualizálása

Élettan. előadás tárgykód: bf1c1b10 ELTE TTK, fizika BSc félév: 2015/2016., I. időpont: csütörtök, 8:15 9:45

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Az élő sejt fizikai Biológiája:

Mozgás, mozgásszabályozás

Átírás:

, a motorfehérjék, az izom és működésének szabályozása PTE ÁOK Biofizikai Intézet Ujfalusi Zoltán 2012. január-február Eukarióta sejtek dinamikus vázrendszere Három fő filamentum-osztály: 1. Intermedier filamentumok 2. Mikrotubulusok 3. Mikrofilamentumok Szubcelluláris, celluláris szintű mozgások ATP-t (energiát) igényel Intracelluláris mozgások Filamentumok kialakulása és lebomlása (mikrofilamentumok és mikrotubulusok) Motor fehérjék számára biztosítanak pályát retrakció Aktin dús kéreg álláb szubsztrát fokális kontaktusok aktin polimerizáció és álláb kitüremkedés nem polimerizált aktin mozgása álláb további növekedése Az aktin A sejtváz és kontraktilis rendszer három fő összetevőből áll: tubulin fehérjékből felépülő, ~24 nm átmérőjű mikrotubulusokból, aktin fehérjékből, valamint a velük társult proteinekből álló és ~6 nm átmérőjű mikrofilamentumokból, a sejtenként nagyon eltérő minőségű, a sejtekre jellemző, ~10 nm átmérőjű köztes (intermedier) filamentumokból. Alegység: globuláris (G-) aktin MW: 42,3 kda, 375 aminosav, 1 molekula kötött adenozin nukleotid (ATP vagy ADP) Szubdomének (4) 4 3 nukleotid 2 1 1

Az aktin Az aktin citoszkeleton A mikrotubulusok Alegység: tubulin MW: ~50 kda, a- és b-tubulin -> heterodimér 1 molekula kötött guanozin nukleotid (GTP vagy GDP); kicserélhető (b), ill. nem kicserélhető (mindig GTP) (a) ~24 nm vastag, üreges 13 párhuzamos protofilamentum építi fel jobbmenetes rövidmenetű helix balmenetes hosszúmenetű helix Merev polimerlánc (perzisztenciahossz: néhány mm!) Szerkezeti polarizáció: +vég: polimerizáció gyors, -vég: polimerizáció lassú GTP-sapka a b Intermedier filamentumok Szövetspecifikus intermedier filamentum típusok Nukleáris laminok A, B, C laminok (65-75kDa) Vimentin típus Vimentin (54kDa) Desmin (53kDa) Peripherin (66kDa) Keratinok I típusú (savanyú) (40-70kDa) II típusú (neutrális/bázikus) (40-70kDa) Neuronális IF neurofilamentum fehérjék (60-130kDa) Fibrózus monomer jellemzi őket (nem globuláris, mint az aktin vagy a tubulin). Az intermedier filamentum alegysége: coiled-coil dimer Intermedier filamentumok polimerizációja A sejtben teljesen polimerizált állapotban (nem dinamikus egyensúly) Centrális rudak (a-hélix) hidrofób-hidrofób kölcsönhatása -> colied-coil dimer 2 dimer -> tetramer (antiparallel elrendezôdés, szerkezeti apolaritás) protofilamentum Tetramerek longitudinális sorozata -> protofilamentum filamentum Vimentin dimer szalagdiagramja 8 protofilamentum -> filamentum 2

A motorfehérjék 1. Specifikus citoszkeletális filamentumhoz kapcsolódnak 2. A filamentum mentén elmozdulnak, illetve erőt fejtenek ki 3. ATP-t bontanak Motorfehérjék közös tulajdonságai N 1. Szerkezet N-terminális globuláris fej: - motor domén, nukleotidot köt és hasít C - specifikus kötőhely a megfelelő citoszkeletális polimer számára C-terminálisan: funkcionalitást biztosító kötőhely 2. Mechanika, működés Alapelv: ciklusos működés Motor -> kötődés a polimerhez -> húzás -> disszociáció -> relaxáció 1 mechanikai ciklusban 1 molekula ATP hidrolizálódik. A mechanikai ciklusban elmozdulás (izotóniás viszonyok) vagy erőkifejlődés (izometriás viszonyok) történik. A motorfehérjék típusai A miozin fehérje szupercsalád 1. Aktin-alapú: miozin fehérjecsalád. Konvencionális (miozin II) és nemkonvencionális miozinok Miozin I-XVIII osztályok 2. Mikrotubulus alapú a. Dinein Ciliáris (flagelláris) és citoplazmás dineinek. MW ~500kDa A mikrotubuluson a minusz vég irányába mozognak b. Kinezin Neuronokban, axonális vezikulum transzportért felelősek Kinezin fehérjecsalád: konvencionális kinezinek + izoformák. MW ~110 kda A mikrotubuluson a plusz vég irányába mozognak 3. Nukleinsav alapú DNS és RNS polimerázok A DNS szál mentén mozognak és erőt fejtenek ki Aktin-miozin kapcsolatok Kinezin és Dinein Fej motor domén Filamentumhoz való kapcsolódás (mikrotubulus) dimer ATP-kötő hely Farok Szállítmány ( cargo ) kötő domén Központi összekötő domén A dinein húzási ciklusa. A motorfehérje két szomszédos mikrotubulushoz kötődik, és így a két mikrotubulus relatív elmozdulását hozza létre (axonemal dinein). Egy rugalmas összekötő fehérje, a nexin, a relatív elmozdulást elhajlásba, görbülésbe viszi át. A miozin az aktin plusz vége felé mozog. 3

Erő 2012.02.09. Miért van szükség molekuláris motorokra? A harántcsíkolt izom szerkezete, az izomműködés és szabályozás molekuláris alapjai endocytosis exocytosis transzport Kromoszómák pozícionálása sejtosztódásnál Vezikula transzport a citoplazmába/n (élelem bekebelezése, salakanyagok kiürítése, fehérjék szállítása) Az izom citoszkeletális filamentumok és motorfehérjék rendezett összeszerveződéséből álló szövet, amely kémiai energiát nagy hatásfokkal alakít át mechanikai munkává. Vázizom (harántcsíkolt) Szívizom Simaizom Több 10 cm hosszú, 50-500 μm vastag Multinukleáris (syncitiumok) Harántcsíkolat Izomtípusok 100 µm hosszú, 10 µm vastag Mononukleáris miociták hálózata Funkcionális syncitium Harántcsíkolat 50-200 μm, 2-10 μm vastag Mononukleáris orsó alakú sejtek Nincsenek miofibrillumok, csak miofilamentumok nincs harántcsíkolat Akaratlagos Nem akaratlagos Nem akaratlagos A harántcsíkolt izom felépítése Harántcsíkolt izom Izomrost köteg Miofilamentumok Izomrost Miofibrillum Vastag filamentumok Vékony filamentumok Szarkomer Szarkomer A harántcsíkolt izom szerkezeti és működési egysége. A harántcsíkolt izom működése Izomkontrakció Elektromos impulzussal ingerelünk egy izomköteget Összehúzódás, elernyedés Izomrángás Inkomplett tetanusz Komplett tetanusz Elektronmikroszkópos felvétel Idő (ms) Periodikus ingerlés http://www.ks.uiuc.edu/research/telethonin/ 4

Izometriás kontrakció Izotóniás kontrakció Izom hossza állandó Erő állandó Az izom addig húzódik össze, amíg a súllyal megegyező erőt nem fejt ki. Erő tetanusz G erő + - rángás + - 0 hossz Idő G Idő Csúszófilamentum elmélet Nyugalmi Szarkomer A-csík változatlan, míg az I-csík rövidül Nem változik sem az aktin, sem a miozin filamentumok hossza Z-lemez H-zóna I-csík A-vonal Z-lemez H.E. Huxley és A.F. Huxley egymástól függetlenül állították fel a csúszó filamentum elméletet: az aktin és miozin elcsúszik egymáson (A.F. Huxley and Niedergerke (1954), H.E. Huxley and Hanson (1954)) Legjobb bizonyíték a hossz-feszülés viszony, minél nagyobb az átfedés, annál H-zóna rövidül I-csík rövidül A-vonal változatlan nagyobb feszülés Az elcsúszást a filamentumok közötti kereszthidak elmozdulása okozza A kontrakciót a SR-ból felszabaduló Ca 2+ ionok indítják be Kontrahált Rövidült szarkomer Vastag filamentum Vékony filamentum A harántcsíkolt izom teljesítménye Izomteljesítmény: Mi szabályozza az izmok működését? P=F*v Max. kifejtett erő (1,7pN/1 miozin kereszthíd): Aktin-miozin közötti kémiai kötések energiája szab határt Max. sebesség( 6000nm/s): ATP elhasítási sebesség max. értékével függ össze Váz és szívizomban: Simaizomban: 1. Tropomiozin 2. Troponin komplex 3. Ca 2+ A könnyű lánc foszforilációja A vázizom erő-sebesség diagramja Max. teljesítmény: A sebesség 1/3-nál Kagylóizomban: Az izom a befektetett kémiai energiát több, mint 50%-os hatékonysággal hasznosítja! Kálcium kötődése a miozinhoz 5

Tropomiozin A troponin komplex Minden 7 aktin monomerből és egy tropomiozinból álló fehérjekomplexhez egy troponin komplex kapcsolódik. Troponin T - MW 37 kda a tropomiozinhoz és a többi troponin fehérjéhez kötődik, stabilizálja a fehérjerendszert. A tropomiozin két molekula egymásba csavarodásával kialakuló coiled-coil dimer, mely 7 aktin protomerrel van kölcsönhatásban. A tandem módon elhelyezkedő tropomiozin dimerek a teljes aktin filamentumon végighúzódnak. Troponin I - MW 22 kda részt vesz az akto-miozin kölcsönhatás meggátolásában. Troponin C- MW 18 kda Kálcium hatására a szerkezetében bekövetkező konformációs változás az izom szabályozásának a kulcslépése. A troponin komplex nagy része a tropomiozin dimer közepén helyezkedik el. Az izomműködés szabályozása Az izom aktiválásához szabad kálciumionra van szükség. Idegi szabályozásra a szarkoplazmatikus retikulumból felszabaduló kálcium a citoplazma [Ca 2+ ]-t 1 μm felé emeli. 1. TnC Ca-t köt 2. Konformációváltozás a TnC egységben 3. TnC affinitása nő a TnI-hez 4. A TnI leválik az aktinról 5. Tropomiozin elmozdul, ezért már nem fedi le a miozinkötő helyet 6. Be tud kötni a miozin A szabályozás további lépései Rigor állapot +ATP -Ca 2+ Nyugalmi állapot + Ca 2+ Aktivált állapot, gyenge kölcsönhatás Leválik P i Aktivált állapot, erőgenerálás ADP leválik Rigor állapot Köszönöm a figyelmet! 6