เส้นใยขั้นกลางเป็นโครงสร้างลักษณะเฉพาะของเซลล์ยูคาริโอต ประกอบเองได้และทนต่อสารเคมี โครงสร้างและหน้าที่ของเส้นใยระดับกลางถูกกำหนดโดยลักษณะของพันธะในโมเลกุลโปรตีน พวกมันไม่เพียงแต่ทำหน้าที่สร้างโครงเซลล์เท่านั้น แต่ยังช่วยให้เกิดการทำงานร่วมกันของออร์แกเนลล์
คำอธิบายทั่วไป
เส้นใยเป็นโครงสร้างโปรตีนเส้นใยที่มีส่วนร่วมในการสร้างโครงร่างโครงร่าง ตามเส้นผ่านศูนย์กลางพวกเขาจะแบ่งออกเป็น 3 ชั้น ไส้กลาง (IF) มีค่าตัดขวางเฉลี่ย 7-11 นาโนเมตร พวกมันอยู่ในตำแหน่งตรงกลางระหว่างไมโครฟิลาเมนต์ Ø5-8 นาโนเมตร และไมโครทูบูล Ø25 นาโนเมตร ซึ่งพวกมันได้ชื่อมา
โครงสร้างเหล่านี้มี 2 ประเภท:
- ลามีน. พวกเขาอยู่ในแกนกลาง สัตว์ทุกตัวมีเส้นใยลามินาร์
- ไซโตพลาสซึม. พวกมันอยู่ในไซโตพลาสซึม มีจำหน่ายในไส้เดือนฝอย หอย และสัตว์มีกระดูกสันหลัง ในระยะหลัง เซลล์บางชนิดอาจหายไป (เช่น ในเซลล์เกลีย)
สถานที่
เส้นใยขั้นกลางเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของโครงร่างเซลล์ของสิ่งมีชีวิตซึ่งเซลล์มีนิวเคลียส (ยูคาริโอต) โปรคาริโอตยังมีสิ่งที่คล้ายคลึงกันของโครงสร้างไฟบริลลาร์เหล่านี้ ไม่พบในเซลล์พืช
เส้นใยส่วนใหญ่อยู่ในเขตปรินิวเคลียร์และมัดของไฟบริล ซึ่งอยู่ใต้พลาสมาเมมเบรนและขยายจากตรงกลางไปยังขอบเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีพวกมันจำนวนมากในสปีชีส์เหล่านั้นที่ต้องอยู่ภายใต้ความเครียดทางกล - ในกล้ามเนื้อ เยื่อบุผิว และในเซลล์ของเส้นใยประสาทด้วย
ประเภทโปรตีน
จากการศึกษาพบว่า โปรตีนที่ประกอบเป็นเส้นใยชั้นกลางนั้นมีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และระยะของการสร้างความแตกต่าง อย่างไรก็ตาม มันเกี่ยวข้องกันทั้งหมด
โปรตีนเส้นใยขั้นกลางแบ่งออกเป็น 4 ประเภท:
- เคราติน. พวกมันสร้างโพลีเมอร์จากสองชนิดย่อย - กรดและเป็นกลาง น้ำหนักโมเลกุลของสารประกอบเหล่านี้อยู่ในช่วง 40,000-70,000 amu ม. ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของเนื้อเยื่อ จำนวนเคราตินรูปแบบต่างๆ ที่แตกต่างกันสามารถมีได้หลายสิบแบบ พวกมันถูกแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มตามไอโซฟอร์ม - เยื่อบุผิว (จำนวนมากที่สุด) และเงี่ยน ซึ่งประกอบเป็นผม เขา เล็บ และขนนกของสัตว์
- ในประเภทที่ 2 จะรวมโปรตีน 3 ชนิดเข้าด้วยกัน โดยมีน้ำหนักโมเลกุลเกือบเท่ากัน (45,000-53,000 amu) เหล่านี้รวมถึง: vimentin (เนื้อเยื่อเกี่ยวพัน, เซลล์สความัส,เยื่อบุผิวของเลือดและหลอดเลือดน้ำเหลือง; เซลล์เม็ดเลือด) desmin (เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ); อุปกรณ์ต่อพ่วง (เซลล์ประสาทส่วนปลายและส่วนกลาง); glial fibrillar acidic protein (โปรตีนในสมองจำเพาะสูง)
- โปรตีนนิวโรฟิลาเมนต์ที่พบในนิวริเตต กระบวนการทรงกระบอกที่มีแรงกระตุ้นระหว่างเซลล์ประสาท
- โปรตีนของแผ่นลามินานิวเคลียร์ที่รองรับเยื่อหุ้มนิวเคลียส พวกเขาเป็นผู้บุกเบิกของ PF อื่น ๆ ทั้งหมด
เส้นใยขั้นกลางสามารถประกอบด้วยสารข้างต้นได้หลายประเภท
คุณสมบัติ
ลักษณะของ PF ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติต่อไปนี้:
- โมเลกุลโพลีเปปไทด์จำนวนมากในส่วนตัดขวาง
- ปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำที่รุนแรงซึ่งมีบทบาทสำคัญในการประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่ในรูปของซุปเปอร์คอยล์บิดเบี้ยว
- การก่อตัวของเตตระเมอร์ที่มีปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตสูง
ผลที่ตามมาคือ ฟิลาเมนต์ระดับกลางจะได้คุณสมบัติของเชือกบิดที่แข็งแรง - งอได้ดี แต่อย่าหัก เมื่อบำบัดด้วยรีเอเจนต์และอิเล็กโทรไลต์ที่แรง โครงสร้างเหล่านี้เป็นสารละลายสุดท้าย กล่าวคือ มีความคงตัวทางเคมีสูง ดังนั้นหลังจากการสลายตัวของโมเลกุลโปรตีนในยูเรียโดยสมบูรณ์แล้ว เส้นใยสามารถประกอบเข้าด้วยกันอย่างอิสระ โปรตีนจากภายนอกจะถูกรวมเข้ากับโครงสร้างที่มีอยู่แล้วของสารประกอบเหล่านี้อย่างรวดเร็ว
โครงสร้าง
โดยโครงสร้างแล้ว เส้นใยขั้นกลางจะไม่แตกแขนงโพลีเมอร์ที่มีความสามารถในการสร้างสารประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่และดีพอลิเมอไรเซชัน ความไม่เสถียรของโครงสร้างช่วยให้เซลล์เปลี่ยนรูปร่าง
แม้ว่าเส้นใยจะมีองค์ประกอบที่หลากหลายตามประเภทของโปรตีน แต่ก็มีแผนโครงสร้างที่เหมือนกัน ในใจกลางของโมเลกุลมีเกลียวอัลฟ่าซึ่งมีรูปร่างเป็นเกลียวขวา มันเกิดขึ้นจากการสัมผัสระหว่างโครงสร้างที่ไม่ชอบน้ำ โครงสร้างประกอบด้วยส่วนเกลียว 4 ส่วน คั่นด้วยส่วนสั้นที่ไม่ใช่เกลียว
ที่ส่วนท้ายของ alpha helix คือโดเมนที่มีโครงสร้างไม่แน่นอน พวกมันมีบทบาทสำคัญในการประกอบเส้นใยและปฏิสัมพันธ์กับออร์แกเนลล์ของเซลล์ ขนาดและลำดับโปรตีนของพวกมันแตกต่างกันอย่างมากใน IF สปีชีส์ต่างๆ
สร้างโปรตีน
วัสดุก่อสร้างหลักสำหรับ PF คือไดเมอร์ - โมเลกุลที่ซับซ้อนประกอบด้วยสองอย่างง่าย โดยปกติแล้วจะมีโปรตีน 2 ชนิดที่เชื่อมต่อกันด้วยโครงสร้างรูปแท่ง
เส้นใยประเภทไซโตพลาสซึมประกอบด้วยไดเมอร์ที่สร้างเกลียวหนา 1 บล็อก เนื่องจากขนานกันแต่ในทิศทางตรงกันข้ามจึงไม่มีขั้ว โมเลกุลไดเมอร์เหล่านี้สามารถก่อตัวเป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้นได้ในภายหลัง
ฟังก์ชั่น
หน้าที่หลักของไส้กลางมีดังนี้:
- รับประกันความแข็งแรงเชิงกลของเซลล์และกระบวนการ
- ปรับให้เข้ากับแรงกดดัน;
- การเข้าร่วมในผู้ติดต่อที่ให้การเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งของเซลล์ (เยื่อบุผิวและเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ);
- การกระจายโปรตีนและออร์แกเนลล์ภายในเซลล์ (การแปลเป็นภาษาท้องถิ่นของอุปกรณ์กอลจิ ไลโซโซม เอนโดโซม นิวเคลียส);
- มีส่วนร่วมในการขนส่งไขมันและส่งสัญญาณระหว่างเซลล์
PF ยังส่งผลต่อการทำงานของไมโตคอนเดรีย จากการทดลองในห้องปฏิบัติการกับหนูทดลอง ในบุคคลเหล่านั้นที่ไม่มียีน desmin การจัดเรียงภายในเซลล์ของออร์แกเนลล์เหล่านี้ถูกรบกวน และเซลล์เองก็ถูกตั้งโปรแกรมไว้เพื่ออายุขัยที่สั้นลง ส่งผลให้การใช้ออกซิเจนในเนื้อเยื่อลดลง
ในทางกลับกัน การมีอยู่ของเส้นใยกลางนั้นมีส่วนทำให้การเคลื่อนตัวของไมโตคอนเดรียลดลง หากมีการใส่ไวเมนตินเข้าไปในเซลล์ เครือข่าย IF ก็สามารถกู้คืนได้
ความสำคัญทางยา
การละเมิดในการสังเคราะห์ การสะสม และโครงสร้างของ PF นำไปสู่การเกิดขึ้นของเงื่อนไขทางพยาธิวิทยาบางอย่าง:
- การก่อตัวของไฮยาลีนลดลงในไซโตพลาสซึมของเซลล์ตับ ในอีกทางหนึ่งเรียกว่ามัลลอรี่บอดี้ส โครงสร้างเหล่านี้เป็นโปรตีน IF ของประเภทเยื่อบุผิว เกิดขึ้นจากการดื่มแอลกอฮอล์เป็นเวลานาน (โรคตับอักเสบจากแอลกอฮอล์เฉียบพลัน) รวมถึงการละเมิดกระบวนการเผาผลาญในมะเร็งตับตับขั้นต้น (ในผู้ป่วยที่เป็นโรคตับอักเสบบีและโรคตับแข็ง) ด้วยความซบเซาของน้ำดีในตับและถุงน้ำดี แอลกอฮอล์ไฮยาลินมีคุณสมบัติสร้างภูมิคุ้มกันซึ่งกำหนดพัฒนาการของพยาธิสภาพทางระบบไว้ล่วงหน้า
- เมื่อยีนกลายพันธุ์รับผิดชอบในการผลิตเคราตินโรคผิวหนังทางพันธุกรรมเกิดขึ้น - epidermolysis bullosa ในกรณีนี้มีการละเมิดสิ่งที่แนบมาของชั้นนอกของผิวหนังกับเยื่อหุ้มชั้นใต้ดินที่แยกออกจากเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เป็นผลให้เกิดการกัดเซาะและฟองอากาศ ผิวหนังจะไวต่อความเสียหายทางกลไกเพียงเล็กน้อย
- การก่อตัวของเนื้อเยื่อในวัยชราและเส้นประสาทที่พันกันในเซลล์สมองในโรคอัลไซเมอร์
- คาร์ดิโอไมโอแพทีบางประเภทที่เกี่ยวข้องกับการสะสม PF มากเกินไป
เราหวังว่าบทความของเราจะตอบทุกคำถามของคุณ
