A citoszkeletális rendszer, a harántcsíkolt izom biofizikája.

Hasonló dokumentumok
A citoszkeletális rendszer, motorfehérjék.

A citoszkeletális rendszer, motorfehérjék.

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

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER (Nyitrai Miklós, )

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

A CITOSZKELETÁLIS RENDSZER FUTÓ KINGA

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

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

Kollár Veronika

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

A citoszkeletális rendszer

Dinamikus fehérjerendszerek a sejtben

A biológiai mozgás molekuláris mechanizmusai

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

Dinamikus fehérjerendszerek a sejtben. Kellermayer Miklós

Biofizika I

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

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

A citoszkeleton Eukarióta sejtváz

Motorfehérjék november 30.; Nyitrai

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

BIOMECHANIKA 3 Erőhatások eredete és következményei biológiai rendszerekben

BIOMECHANIKA 2 Erőhatások eredete és következményei biológiai rendszerekben

A citoszkeletális rendszer

Biofizika I

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

Tubulin, mikrotubuláris rendszer és mikrotubulus asszociált fehérjék

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

2. AKTIN-KÖTŐ FEHÉRJÉK

A harántcsíkolt izom struktúrája általános felépítés

Tubulin, mikrotubuláris rendszer és mikrotubulus asszociált fehérjék

Citoszkeleton Sejtmozgás

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

Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

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

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

Az élő sejt fizikai Biológiája: motorfehérjék, egyensúlytól távoli folyamatok

Sejtváz Sejtek mozgása

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

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

Komplex egyszerű Aktin alapú mikrofilamentum rsz. Hogyan vizsgálhatunk folyamatokat? Komplex egyszerű S E J T

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

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

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

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

2011. október 11. Szabad János

A diffúzió csak rövid méretsálán gyors. Az élő sejt fizikai Biológiája: Diffúzió, polimerizáció, reptáció

1. AKTIN CITOSZKELETON

Sejt. Aktin működés, dinamika plus / barbed end pozitív / szakállas vég 1. nukleáció 2. elongáció (hosszabbodás) 3. dinamikus egyensúly

Sejtváz, aktin mikrofilamentumok, motor fehérjék

Az izomszövet biokémiája. Izombetegségek. Szerkesztette: Fekete Veronika

Kollokviumi vizsgakérdések biokémiából humánkineziológia levelező (BSc) 2015

Biofizika I

SEJTBIOLÓGIA biomérnök hallgatók számára

Szignalizáció - jelátvitel

Makromolekulák. Fehérjetekeredé. rjetekeredés. Biopolimer. Polimerek

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

Nanomedicina Szimpózium, Nanomechanika: Egyedi Biomolekulák Manipulálása. Kellermayer Miklós

Fehérjeszerkezet, és tekeredés

Izomszövet eredetű aktin izoformák termodinamikai és spektroszkópiai vizsgálata

A harántcsíkolt izomrostok típusai:

1. Az élő szervezetek felépítése és az életfolyamatok 17

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

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

Tropomiozin és nehéz meromiozin hatása a formin által nukleált aktin filamentumok flexibilitására

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

MOTORENZIMEK MŰKÖDÉSÉNEK SOKFÉLESÉGE

Biopolimer 12/7/09. Makromolekulák szerkezete. Fehérje szerkezet, és tekeredés. DNS. Polimerek. Kardos Roland DNS elsődleges szerkezete

Biokémiai és Molekuláris Biológiai Intézet. Sejtbiológiai alapok. Sarang Zsolt

Fehérjeszerkezet, és tekeredés. Futó Kinga

A dezmin nanomechanikai vizsgálata

Az élő sejt fizikai Biológiája: TERMODINAMIKAI ÁRAMOK. Tematika ANYAGÁRAM (DIFFÚZIÓ) Diffúzió, polimerizáció, reptáció. Kellermayer Miklós

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

Biomolekulák mint polimerek. Milyen alakúak a biopolimerek? 4/22/2015. Biopolimerek osztályozása hajlékonyságuk alapján

Egyedi molekula vizsgálatok

Az izomkontrakció szabályozása molekuláris szinten

Az izommőködéssel járó élettani jelenségek

A motorfehérjék hatékonyságának molekuláris háttere

Tudjunk Egymásról Bugyi Beáta 22/11/2012

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

Emberi szövetek. A hámszövet

Ph.D. disszertáció tézisei

Az Aktin Filamentumok Hosszát Szabályozó Fehérjék Szerkezeti Dinamikája és Élettani Szerepük

Energiatermelés a sejtekben, katabolizmus. Az energiaközvetítő molekula: ATP

Gyógyszerrezisztenciát okozó fehérjék vizsgálata

Nanotechnológia. Vonderviszt Ferenc. Veszprémi Egyetem Nanotechnológia Tanszék

Egy idegsejt működése

Darvas Zsuzsa László Valéria. Sejtbiológia. Negyedik, átdolgozott kiadás

A miokardium intracelluláris kalcium homeosztázisa: iszkémiás és kardiomiopátiás változások

Orvosi Biofizika II. Szigorlati tételsor Korai atommodellek. Rutherford-féle kísérlet. Franck-Hertz kísérlet. Bohr-féle atommodell.

A nukleotidok és az aktinkötő fehérjék szerepe az aktin funkcionális konformációváltozásaiban

Biokémiai kutatások ma

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

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

A kemotaxis biológiai és klinikai

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

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

A DAAM formin alcsalád szerepe az izomfejlődésben. Ph.D. értekezés

Mozgás, mozgásszabályozás

a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció. Szinaptikus jelátvitel.

Átírás:

A citoszkeletális rendszer, a harántcsíkolt izom biofizikája. SCIENCE PHOTO LIBRARY Kupi Tünde 2010. 10. 19. Citoszkeleton: eukarióta sejtek dinamikus fehérjevázrendszere Három fı filamentum-osztály: A. Intermedier B. Mikrotubulus C. Mikrofilamentum 20 µm citokeratin (PANC1) alfa-tubulin (HeLa) aktin (endothel sejtek) Abcam plc, 332 Science Park, Cambridge CB4 0WN, United Kingdom Donald E. Ingber, The Architecture of Life Scientific American, Jan. 1998 Szerep: 1. mozgás, alakváltozás, 2. sejtosztódás, 3. intracelluláris transzport 1

Polimerizáció a polimer képzıdésének idıbeli folyamata, monomerek egymáshoz kapcsolódása polimer-mennyiség steady-state lag elongáció A polimerizáció fázisai: 1. Lag fázis: nukleáció 2. Növekedési fázis 3. Dinamikus egyensúly idı Valódi equilibrium: Polimerizációs egyensúlyok Tread-milling (taposómalom): aktin Dinamikus instabilitás: mikrotubulusok 2

Mikrofilamentum rendszer (aktin) Aktin monomer: nukleotid 4 2 Globuláris (G-) aktin : MW: 42,3 kda, 375 aminosav 3 1 Nukleotidot (ATP, ADP) köt Kétértékő kationt köt (Ca 2+, Mg 2+ ) 2 domén, 4 szubdomén Aktin polimer: 37 nm Filamentális (F-) aktin: Legnagyobb mennyiségben elıforduló fehérje az eukarióta sejtben (~ 5%) ~7 nm vastag, hossza in vitro több 10 µm, in vivo 1-2 µm Jobbmenetes dupla helix Szemiflexibilis polimerlánc (perzisztenciahossz: ~10 µm) Szerkezeti polarizáció: miozin fejjel alkotott komplexe szögesdrót alakja alapján: szöges vég: "barbed end (+ vég) polimerizáció gyors hegyes vég: "pointed end (- vég) polimerizáció lassú Motorfehérjéi: miozinok 3

Tubulin monomer: Mikrotubuláris rendszer α β MW: ~50 kda, idegszövetben az összfehérje 10-20%-a α- és β-tubulin alkot heterodimért GTP vagy GDP nukleotidot köt kicserélhetı (β), ill. nem kicserélhetı (α) Polimer: mikrotubulus ~25 nm-es átmérı, üreges csı, 13 protofilamentum jobbmenetes rövidmenetû helix, balmenetes hosszúmenetû helix Merev polimerlánc (perzisztenciahossz: néhány mm!) Szerkezeti polarizáció: + vég: polimerizáció gyors, - vég: polimerizáció lassú Motorfehérjéi: dinein, kinezin, dinamin 4

Sejtosztódás Wadsworth Center's Featured Image - Archives Intermedier filamentális rendszer Az intermedier filamentum alegysége: coiled-coil dimer N-terminális fej, centrális rúd (α-helix), C-terminális farok hidrofób aminosavak heptád ismétlıdése a centrális rúdban Vimentin dimer szalagdiagramja 5

Intermedier filamentumok A sejtben teljesen polimerizált állapotban találhatók (nincs polimerizációs-depolimerizációs dinamizmus) Centrális rudak hidrofób-hidrofób kölcsönhatása: coiled-coil dimer 2 dimer antiparallel elrendezıdése: tetramer (szerkezeti apolaritás) protofilamentum Tetramerek longitudinális sorozata: protofilamentum 8 protofilamentum: filamentum, 8-10 nm-es átmérı filamentum Citoszkeletonhoz asszociált fehérjék Különbözı funkciójú fehérjék nagy csoportja, melyek a citoszkeletális rendszer egyes filamentumaihoz specifikusan kapcsolódnak Csoportosítás: A. Filamentális rendszer szerint 1. Aktin-asszociált (pl. miozin) 2. MT-asszociált (pl. tau) 3. IF-asszociált (pl. plektin) B. Kapcsolódás geometriája szerint 1. Véghez kapcsolódó ( capping, pl. gelsolin) 2. Oldalról kapcsolódó (pl. tropomiozin) C. Funkció szerint 1. Keresztkötı a. Gélformáló (pl. filamin, spektrin) b. Kötegformáló (pl. α-aktinin, fimbrin, villin) 2. Polimerizációt befolyásoló a. Depolimerizáló ( severing, pl. gelsolin) b. Stabilizáló (pl. profilin, tropomiozin) 3. Motorfehérjék 6

Motorfehérjék 1. Specifikus citoszkeletális filamentumhoz kapcsolódnak 2. A filamentum mentén elmozdulnak, illetve erôt fejtenek ki 3. ATP-t/ GTP-t bontanak A motorfehérjék típusai 1. Aktin-alapú motorok: miozin fehérjecsalád. Konvencionális (miozin II) és nemkonvencionális miozinok Miozin I-XVIII osztályok 2. Mikrotubulus alapú motorok a. Dinein Ciliáris (flagelláris) és citoplazmás dineinek. A mikrotubuluson a minusz vég irányába mozognak b. Kinezin Neuronokban, axonális vezikulum transzportért felelôsek Kinezin fehérjecsalád: konvencionális kinezinek + izoformák. A mikrotubuluson a plusz vég irányába mozognak c. Dinamin GTP-áz aktivitás, vezikulumok lefőzésében van szerepük 3. Nukleinsav alapú motorok DNS és RNS polimerázok A DNS szál mentén mozognak és erôt fejtenek ki 4. Rotációs motorok Forgómozgást hoznak létre /pl.: F1F0 ATP-szintáz, bakteriális flagellum motor/ 7

A motorfehérje munkaciklusa ATP hidrolízis ciklus munkacsapás δ = munkatávolság Kapcsolt τ on kapcsolás szétkapcsolás Szétkapcsolt τ off visszacsapás Munka arány: τ r = on = τ on τ on +τ off τ total In vitro csúszási sebesség: v = δ τ on Kapcsolt idô: τ on = δ v Ciklusidô: τ total = 1 V δ=munka- vagy lépéstávolság; V=ATPáz sebesség; v=motilitási sebesség Munkaciklus arány: r = δv v Processzív motor: r~1 pl. kinezin, DNS-, RNS-polimeráz munkaciklus nagy részében kapcsolt állapotban Nonprocesszív motor: r~0 pl. miozin munkaciklus nagy részében szétkapcsolt állapotban sokaság mûködik együtt Egyetlen motorfehérje által kifejtett erô: néhány pn. 8

Az izomszövet három típusa Izom: mozgásra, mozgatásra specializálódott sejt illetve szövet. Típusok: 1. harántcsíkolt izom: vázizomban, akaratlagos mozgásért felelıs, több cm hosszú sejt is lehet, multinukleáris 2. szívizom: szívben, mononukleáris 3. simaizom: zsigerekben, nem akaratlagos mozgásért felelıs, orsó alakú mononukleáris sejt A harántcsíkolt izom felépítése: izom rost-köteg rost miofibrillum miofilamentumok: vastag-, vékony- és "harmadik filamentális rendszer" (titin) A miofilamentumok a szarkomerben, az izommőködés legkisebb önálló egységében találhatók. 9

Miofibrillum: A három filamentum modell Z Z szarkomer A-sáv I-sáv M-vonal Z-lemez titin vastag filamentum vékony filamentum Mi szabályozza az izmok mőködését? Váz és szívizom: Troponin komplex (C, T, I), tropomiozin és kálcium. Simaizom: a könnyőlánc foszforilációja. Kagyló izom: kálcium kötıdése a miozinhoz. 10

Tropomiozin A tropomiozin két molekula egymásba csavarodásával kialakuló coiled-coil dimer, mely 7 aktin protomerrel van kölcsönhatásban. A tandem módon elhelyezkedı tropomiozin dimerek a teljes aktin filamentumon végighúzódnak. A troponin komplex Minden 7 aktin monomerbıl és egy tropomiozinból álló fehérjekomplexhez egy troponin komplex kapcsolódik: Troponin T - (MW 37 kda) a tropomiozinhoz és a többi troponin fehérjéhez kötıdik, stabilizálja a fehérjerendszert. Troponin I - (MW 22 kda) gátolja az akto-miozin kölcsönhatást. Troponin C- (MW 18 kda) Kálcium hatására a szerkezetében bekövetkezı konformációs változás az izom szabályozásának a kulcslépése. 11

Kapcsolat az aktin, miozin és tropomiozin között: az izommőködés alapja http://www.banyantree.org/jsale/actinmyosin/gif.html Köszönöm a figyelmet! 12