MICROFILAMENTS: CIRI, STRUKTUR, FUNGSI, PATOLOGI - BIOLOGI - 2026

The microfilaments atau actin filamen, adalah salah satu daripada tiga komponen utama Sitoskeleton sel eukariot (microfilaments, microtubules dan filamen perantaraan) dan terdiri daripada filamen kecil protein yang dipanggil actin (actin polimer).

Dalam eukariota, gen yang memberi kod untuk mikrofilamen aktin sangat terpelihara dalam semua organisma, itulah sebabnya ia sering digunakan sebagai penanda molekul untuk kajian pelbagai jenis.

Foto filamen aktin sel berwarna (Sumber: Howard Vindin melalui Wikimedia Commons)

Mikrofilamen didistribusikan ke seluruh sitosol, tetapi mereka banyak terdapat di kawasan yang mendasari membran plasma, di mana mereka membentuk rangkaian yang kompleks dan bergaul dengan protein khas lain untuk membentuk sitoskeleton.

Jaringan mikrofilamen dalam sitoplasma sel mamalia dikodekan oleh dua dari enam gen yang dijelaskan untuk aktin, yang terlibat dalam dinamika mikrofilamen dan bahkan sangat penting semasa pembezaan sel induk.

Ramai pengarang bersetuju bahawa mikrofilamen adalah protein yang paling pelbagai, serba boleh, dan penting dalam sitoskeleton sel sel eukariotik, dan penting untuk diingat bahawa ini tidak terdapat dalam mikroorganisma prokariotik.

Sel jenis ini, sebaliknya, terdapat filamen yang homolog dengan mikrofilamen, tetapi terdiri daripada protein lain: protein MreB.

Pada masa ini, gen yang mengekod protein ini dianggap sebagai gen leluhur yang mungkin untuk aktin dalam eukariota. Walau bagaimanapun, urutan homologi asid amino yang membentuk protein MreB hanya 15% berkenaan dengan urutan aktin.

Oleh kerana mereka adalah bahagian asas sitoskeleton, sebarang kecacatan fenotipik pada kedua mikrotubulus dan filamen perantaraan dan mikrofilamen aktin (sitoskeleton) dapat menyebabkan patologi selular dan sistemik yang berbeza.

Ciri dan struktur

Mikrofilamen terdiri dari monomer protein keluarga aktin, yang merupakan protein kontraktil yang sangat banyak dalam sel eukariotik, kerana mereka juga berpartisipasi dalam pengecutan otot.

Filamen ini mempunyai diameter antara 5 dan 7 nm, sebab itulah ia juga dikenali sebagai filamen nipis dan terdiri daripada dua bentuk aktin: bentuk globular (aktin G) dan bentuk filamen (aktin F).

Protein yang mengambil bahagian dalam sitoskeleton dikenali sebagai aktin γ dan β, sementara protein yang mengambil bahagian dalam pengecutan biasanya α aktin.

Bahagian aktin globular dan aktin filamen dalam sitosol bergantung kepada keperluan sel, kerana mikrofilamen adalah struktur yang sangat berubah-ubah dan serba boleh, yang terus berkembang dan dipendekkan oleh polimerisasi dan depolimerisasi.

G actin adalah protein globular kecil, terdiri daripada hampir 400 asid amino dan dengan berat molekul sekitar 43 kDa.

Monomer G-actin yang membentuk mikrofilamen disusun dalam bentuk helai heliks, kerana masing-masing mengalami kelainan ketika dikaitkan dengan yang berikutnya.

G actin mengaitkan dengan satu molekul Ca2 + dan satu lagi ATP, yang menstabilkan bentuk globularnya; sementara F-aktin diperoleh setelah hidrolisis fosfat terminal molekul ATP menjadi G-aktin, yang menyumbang kepada pempolimeran.

Pertubuhan

Filamen aktin dapat disusun menjadi "kumpulan" atau "rangkaian" yang mempunyai fungsi yang berbeza di dalam sel. Bundel membentuk struktur selari yang dihubungkan oleh jambatan silang yang cukup tegar.

Rangkaian, sebaliknya, adalah struktur yang lebih longgar, seperti jaring tiga dimensi dengan sifat gel separa pepejal.

Terdapat banyak protein yang berkaitan dengan filamen aktin atau mikrofilamen dan dikenali sebagai ABP (protein pengikat aktin), yang mempunyai laman web khusus untuknya.

Sebilangan besar protein ini membolehkan mikrofilamen berinteraksi dengan dua komponen lain dari sitoskeleton: mikrotubulus dan filamen perantaraan, serta komponen lain pada permukaan dalaman membran plasma.

Protein lain yang berinteraksi dengan mikrofilamen termasuk lamina nuklear dan spektrin (dalam sel darah merah).

Bagaimanakah filamen aktin terbentuk?

Oleh kerana monomer globular actin selalu mengikat dengan cara yang sama, berorientasi pada arah yang sama, mikrofilamen mempunyai kekutuban yang ditentukan, dengan dua hujung: satu "lebih" dan satu "kurang".

Kutuban filamen ini sangat penting, kerana tumbuh dengan lebih cepat pada hujung positifnya, di mana monomer G-actin baru ditambahkan.

Perwakilan grafik pembentukan mikrofilamen aktin (Sumber: karya terbitan: Retama (bicara) Thin_filament_formation.svg: Mikael Häggström via Wikimedia Commons)

Perkara pertama yang berlaku semasa pempolimeran filamen aktin adalah proses yang dikenali sebagai "nukleasi", yang terdiri daripada gabungan tiga monomer protein.

Monomer baru ditambahkan pada trimer ini di kedua hujungnya, sehingga filamen tumbuh. Monomer G-actin mampu menghidrolisis ATP dengan setiap pengikatan, yang mempunyai implikasi terhadap kadar pempolimeran, kerana bahagian aktin-ATP berpisah dengan kesukaran yang lebih besar daripada bahagian aktin-ADP.

ATP tidak diperlukan untuk pempolimeran dan peranan khusus hidrolisisnya belum dapat dijelaskan.

Sebilangan penulis menganggap bahawa, kerana peristiwa polimerisasi aktin dapat dipulihkan dengan cepat, ATP yang berkaitan dengan proses ini dapat mewakili hingga 40% dari jumlah perolehan sel molekul yang bertenaga ini.

Peraturan

Kedua-dua polimerisasi filamen aktin dan depolimerisasi mereka adalah proses yang sangat diatur oleh serangkaian protein tertentu, yang bertanggungjawab untuk pembentukan semula filamen.

Contoh protein yang mengatur depolimerisasi adalah faktor depolimerisasi aktin cofilin. Protein lain, profilin, mempunyai fungsi yang berlawanan, kerana merangsang perkaitan monomer (dengan merangsang pertukaran ADP untuk ATP).

ciri-ciri

Mikrofilamen berinteraksi dengan filamen myosin yang berkaitan dengan protein transmembran yang mempunyai domain di sitosol dan yang lain di bahagian luar sel, sehingga berpartisipasi dalam proses mobiliti sel.

Mikrofilamen ini yang berkaitan dengan membran plasma memediasi pelbagai tindak balas selular terhadap pelbagai jenis rangsangan. Sebagai contoh, lekatan sel dalam tisu epitelium didorong oleh protein transmembran yang dikenali sebagai kaderin, yang berinteraksi dengan mikrofilamen untuk merekrut faktor tindak balas.

Filamen aktin berinteraksi dengan filamen perantaraan sehingga menyebabkan rangsangan ekstraselular dihantar ke laman utama seperti ribosom dan kromosom di dalam nukleus.

Perwakilan fungsi motor intraselular mikrofilamen aktin (Sumber: Boumphreyfr melalui Wikimedia Commons)

Fungsi mikrofilamen klasik dan dipelajari dengan baik adalah kemampuan mereka untuk membentuk "jambatan", "rel" atau "lebuh raya" untuk pergerakan protein motor myosin I, yang mampu memuatkan vesikel pengangkutan dari organel ke membran plasma di laluan rembesan.

Mikrofilamen juga berinteraksi dengan myosin II untuk membentuk cincin kontraktil yang terbentuk semasa sitokinesis, tepat pada peringkat terakhir pembelahan sel di mana sitosol dipisahkan dari sel stem dan anak perempuan.

Secara umum, mikrofilamen F-aktin memodulasi penyebaran beberapa organel seperti kompleks Golgi, retikulum endoplasma, dan mitokondria. Selanjutnya, mereka juga mengambil bahagian dalam kedudukan spasial mRNA sehingga dibaca oleh ribosom.

Keseluruhan rangkaian mikrofilamen sel, terutama yang berkait rapat dengan membran plasma, berpartisipasi dalam pembentukan membran sel bergelombang yang mempunyai pergerakan aktif yang tetap.

Mereka juga terlibat dalam pembentukan mikrovili dan benjolan umum lain di permukaan banyak sel.

Contoh fungsi di hati

Mikrofilamen mengambil bahagian dalam proses rembesan hempedu dalam hepatosit (sel hati) dan juga dalam pergerakan peristaltik (pengecutan terkoordinasi) kanalikuli hepatik.

Mereka menyumbang kepada pembezaan domain membran plasma berkat kaitannya dengan unsur sitosolik yang berbeza dan kawalan yang mereka lakukan terhadap topografi elemen intraselular ini.

Patologi berkaitan

Terdapat beberapa penyakit yang berkaitan dengan kecacatan primer dalam struktur atau dengan protein dan enzim pengawalseliaan dalam sintesis mikrofilamen, walaupun fakta bahawa ini terlibat secara langsung dalam sebilangan besar fungsi.

Kadar penyakit dan malformasi yang rendah pada struktur utama mikrofilamen disebabkan oleh fakta bahawa, secara umum, terdapat banyak gen yang menyandikan kedua aktin dan protein pengawalseliaannya, suatu fenomena yang dikenal sebagai "redundansi genetik".

Salah satu patologi yang paling banyak dikaji adalah vitrifikasi oosit pada sitoskeletonnya, di mana terdapat gangguan pada rangkaian mikrofilamen kortikal, serta depolimerisasi dan disorganisasi mikrotubulus spindle mitotik.

Secara umum, vitrifikasi ini menyebabkan penyebaran kromosom, kerana ia menyebabkan penurunan pemadatan semua kromatin.

Sel-sel yang mempunyai organisasi dan bahagian mikrofilamen yang lebih besar dalam sitoskeletonnya adalah sel-sel otot yang dililit, oleh itu, kebanyakan patologi dikaitkan dengan kerosakan fungsi kontraktil.

Mikrofilamen yang cacat atau tidak normal juga dikaitkan dengan penyakit tulang yang dikenali sebagai penyakit Paget.

Rujukan

1. Aguilar-Cuenca, R., Llorente-González, C., Vicente, C., & Vicente-Manzanares, M. (2017). Dinamika lekatan terkoordinasi mikrofilem mendorong penghijrahan sel tunggal dan membentuk keseluruhan tisu. F1000Penyelidikan, 6.
2. Dos Remedios, CG, Chhabra, D., Kekic, M., Dedova, IV, Tsubakihara, M., Berry, DA, & Nosworthy, NJ (2003). Protein pengikat aktin: peraturan mikrofilamen sitoskeletal. Ulasan Fisiologi, 83 (2), 433-473.
3. Guo, H., Fauci, L., Shelley, M., & Kanso, E. (2018). Kebolehpercayaan dalam penyegerakan mikrofilamen yang digerakkan. Jurnal Fluid Mechanics, 836, 304-323.
4. Lanza, R., Langer, R., & Vacanti, JP (Eds.). (2011). Prinsip kejuruteraan tisu. Akhbar akademik.
5. Robbins, J. (2017). Penyakit Cytoskeleton: The Desminopathies. Dalam Miopati Kardioskeletal pada Kanak-kanak dan Orang Dewasa Muda (hlm. 173-192). Akhbar Akademik.