एक्टिन: विशेषताओं, संरचना, फिलामेंट्स, फ़ंक्शन - जीवविज्ञान - 2025

Actin एक साइटोसोलिक प्रोटीन है कि microfilaments ग्रहण करते हैं। यूकेरियोट्स में, एक्टिन सबसे प्रचुर मात्रा में प्रोटीन में से एक है। उदाहरण के लिए, यह मांसपेशियों की कोशिकाओं में कुल प्रोटीन के वजन से 10% का प्रतिनिधित्व करता है; और गैर-मांसपेशी कोशिकाओं में प्रोटीन के 1 से 5% के बीच।

यह प्रोटीन, मध्यवर्ती फ़िलामेंट्स और माइक्रोट्यूबुल्स के साथ मिलकर, साइटोस्केलेटन का निर्माण करता है, जिसका मुख्य कार्य कोशिका की गतिशीलता, कोशिका आकार का रखरखाव, कोशिका विभाजन और पौधों, कवक और जानवरों में जीवों की आवाजाही है।

स्रोत: Sarcomere.svg: डेविड रिचफील्ड (स्लैशमे उपयोगकर्ता) व्युत्पन्न कार्य: रेटामा

एक्टिन साइटोस्केलेटन के isoforms के अलग-अलग कार्य होते हैं, जैसे: चिकनी मांसपेशियों, कोशिका चक्र, भ्रूण के विकास, ऊतक विकास और घाव भरने में सक्रिय तनाव के विकास में विनियमन।

एक विकासवादी दृष्टिकोण से, एक्टिन एक अत्यधिक संरक्षित प्रोटीन है। विभिन्न प्रजातियों में लगभग 90% अनुक्रम होमोलॉजी है। एककोशिकीय जीवों में, एक एकल जीन एक एक्टिन इसोफॉर्म को एनकोड करता है। जबकि बहुकोशिकीय जीवों में, विभिन्न जीन एक्टिन के कई आइसोफोर्मों को कूटते हैं।

एक्टिन, मायोसिन के साथ, यूकेरियोटिक जीवों के विकासवादी विकास और उनके विविधीकरण में महत्वपूर्ण संरचनाएं थीं, क्योंकि उन्होंने फ्लैगेल्ला और सिलिया जैसी अन्य संरचनाओं की अनुपस्थिति में आंदोलन की अनुमति दी थी।

संरचना: एक्टिन फिलामेंट्स

एक्टिन एक गोलाकार एकल श्रृंखला पॉलीपेप्टाइड प्रोटीन है। मांसपेशियों में, एक्टिन में लगभग 42 केडीए का आणविक द्रव्यमान होता है।

इस प्रोटीन के दो डोमेन हैं। प्रत्येक के दो उप डोमेन हैं, और डोमेन के बीच एक अंतर है। एटीपी - एमजी ⁺² फांक के नीचे बांधता है। अमीनो और कार्बोक्सिल टर्मिनी उपडोमेन 1 में मिलते हैं।

एक्टिन जी और एक्टिन एफ

एक्टिन के दो मुख्य रूप हैं: एक्टिन मोनोमर, जिसे जी-एक्टिन कहा जाता है; और एक फिलामेंटस पॉलीमर, जो जी-एक्टिन मोनोमर्स से बना होता है, जिसे एफ-एक्टिन कहा जाता है। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी द्वारा देखे गए एक्टिन फिलामेंट्स में संकीर्ण और व्यापक क्षेत्र होते हैं, क्रमशः 7 एनएम और 9 एनएम व्यास।

फिलामेंट के साथ, एक्टिन मोनोमर्स एक कसकर पैक डबल हेलिक्स बनाते हैं। फिलामेंट के साथ एक दोहराई जाने वाली इकाई में 13 हेलिकॉप्टर और 28 एक्टिन मोनोमर्स होते हैं, और इसकी दूरी 72 एनएम है।

एक्टिन फिलामेंट के दो छोर हैं। एक अंतर से बनता है जो एटीपी - एमजी ^{+2 से} जुड़ता है, जो फिलामेंट के सभी एक्टिन मोनोमर्स में एक ही दिशा में स्थित है, जिसे (-) अंत कहा जाता है; और दूसरा छोर विपरीत है, (+) अंत कहा जाता है। इसलिए, एक्टिन फिलामेंट को ध्रुवीयता कहा जाता है।

इन घटकों को अक्सर माइक्रोफ़िल्मेंट्स के रूप में जाना जाता है, क्योंकि वे सबसे छोटे व्यास के साथ साइटोस्केलेटन के घटक होते हैं।

हम एक्टिन कहां पाते हैं?

यूकेरियोटिक जीवों में एक्टिन एक अत्यंत सामान्य प्रोटीन है। सभी सेल्यूलर प्रोटीनों में, एक्टिन लगभग 5-10% होता है - जो सेल प्रकार पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, यकृत में, प्रत्येक कोशिका जो इसे बनाती है, उसमें लगभग 5,10 ⁸ एक्टिन अणु होते हैं।

विशेषताएँ

एक्टिन, मोनोमर और फिलामेंट के दो रूप, पोलीमराइजेशन और डेपोलाइराइजेशन के बीच एक गतिशील संतुलन में हैं। सामान्य तौर पर, इस घटना की तीन मुख्य विशेषताएं हैं:

1) एक्टिन फ़िलामेंट्स मांसपेशियों के ऊतकों की संरचना और यूकेरियोटिक कोशिकाओं के साइटोस्केलेटन के विशिष्ट हैं।

2) पॉलिमराइजेशन और डीपोलाइराइजेशन एक डायनेमिक प्रक्रिया है जो विनियमित होती है। जहां जी - एटीपी - एमजी ⁺² एक्टिन मोनोमर्स का पोलीमराइजेशन या एकत्रीकरण दोनों सिरों पर होता है। यह प्रक्रिया होती है या नहीं, यह पर्यावरण की स्थिति और नियामक प्रोटीन पर निर्भर करता है।

3) बंडल और रेटिकल्स का निर्माण, जो एक्टिन साइटोस्केलेटन को बनाते हैं, सेल की गतिशीलता को ताकत देते हैं। यह उन प्रोटीनों पर निर्भर करता है जो क्रॉस-लिंक के गठन में शामिल हैं।

विशेषताएं

मांसपेशी में संकुचन

कंकाल की मांसपेशी की कार्यात्मक और संरचनात्मक इकाई सरकोमेरे है, जिसमें दो प्रकार के फिलामेंट होते हैं: पतली फिलामेंट्स, एक्टिन द्वारा गठित, और मोटी फिलामेंट्स, मायोसिन द्वारा गठित। दोनों फिलामेंट्स को वैकल्पिक रूप से, सटीक ज्यामितीय तरीके से व्यवस्थित किया जाता है। वे मांसपेशी संकुचन की अनुमति देते हैं।

पतले फिलामेंट्स को Z डिस्क कहे जाने वाले क्षेत्रों में एंकर किया जाता है। इस क्षेत्र में फाइबर का एक नेटवर्क होता है, जिसमें CapZ प्रोटीन पाया जाता है, और जिससे एक्टिन फिलामेंट्स के सिरे (+) एंकर हो जाते हैं। यह एंकर (+) छोर के अपचयन को रोकता है।

दूसरी ओर, ट्रोपोमोडुलिन एक्टिन फ़िलामेंट्स के सिरों (-) पर स्थित है, और उन्हें डिप्रेशन से बचाता है। एक्टिन के अलावा, पतले फिलामेंट्स में ट्रोपोमायोसिन और ट्रोपोनिन होते हैं, जो एक्टोमायोसिन इंटरैक्शन को नियंत्रित करने का कार्य करते हैं।

मांसपेशियों में संकुचन कैसे होता है?

मांसपेशियों के संकुचन के दौरान, मोटे तंतु धुरी का प्रदर्शन करते हैं, पतले तंतु को सरकरे के मध्य की ओर खींचते हैं। इससे मोटे और पतले रेशे फिसल जाते हैं।

इस प्रकार, मोटे और पतले फिलामेंट की लंबाई स्थिर रहती है, लेकिन दोनों फिलामेंट के बीच ओवरलैप बढ़ता है। Z डिस्क के लिए पतले फिलामेंट्स के लंगर के कारण सरकोमियर की लंबाई कम हो जाती है।

आप मांसपेशियों के संकुचन को कैसे रोकते हैं?

एटीपी सेल की ऊर्जा मुद्रा है। इसलिए, यह जीवित मांसपेशियों के ऊतकों में लगभग हमेशा उपलब्ध होता है। उपरोक्त को ध्यान में रखते हुए, ऐसे तंत्र होने चाहिए जो मांसपेशियों की छूट और संकुचन की गिरफ्तारी की अनुमति दें।

ट्रोपोमायोसिन और ट्रोपोनिन नामक दो प्रोटीन इस घटना में एक मौलिक भूमिका निभाते हैं। ये मायोसिन की बाध्यकारी साइटों को अवरुद्ध करने के लिए एक साथ काम करते हैं (इस प्रकार एक्टिन को इसके बंधन को रोकते हैं)। नतीजतन, मांसपेशियों को आराम मिलता है।

इसके विपरीत, जब कोई जानवर मर जाता है तो उसे कठोर मोर्टिस नामक एक घटना का अनुभव होता है। शव के इस सख्त के लिए जिम्मेदार जानवर की मौत के कुछ समय बाद, मायोसिन और एक्टिन के बीच बातचीत का अवरोध है।

इस घटना के परिणामों में से एक दो प्रोटीन अणुओं की रिहाई के लिए एटीपी की आवश्यकता है। तार्किक रूप से, मृत ऊतकों में एटीपी की उपलब्धता नहीं होती है और यह रिलीज नहीं हो सकती है।

अन्य प्रकार के आंदोलन

वही तंत्र जो हम वर्णन करते हैं (बाद में हम तंत्र में अंतर्निहित आंदोलन को समाप्त कर देंगे) जानवरों में मांसपेशियों के संकुचन तक सीमित नहीं है। यह amoeboidal आंदोलनों के लिए जिम्मेदार है जो हम अमीबा और कुछ औपनिवेशिक सांचों में देखते हैं।

इसी तरह, शैलोप्लाज्मिक आंदोलन जिसे हम शैवाल में और भूमि पौधों में देखते हैं, समान तंत्र द्वारा संचालित होता है।

एक्टिन फिलामेंट पोलीमराइजेशन और डेपोलाइराइजेशन का विनियमन

चिकनी मांसपेशियों के ऊतकों और कोशिकाओं का संकुचन एफ-एक्टिन में वृद्धि और जी-एक्टिन में कमी पैदा करता है। एक्टिन पोलीमराइजेशन तीन चरणों में होता है: 1) न्यूक्लिएशन, एक धीमा कदम; 2) बढ़ाव, एक त्वरित कदम; और 3) स्थिर अवस्था। पोलीमराइजेशन की दर depolymerization की दर के बराबर है।

(-) के अंत की तुलना में (+) अंत में एक्टिन फिलामेंट तेजी से बढ़ता है। बढ़ाव की दर एक्टिन फिलामेंट्स के साथ संतुलन में एक्टिन मोनोमर्स की एकाग्रता के लिए आनुपातिक है, जिसे महत्वपूर्ण एकाग्रता (सीसी) कहा जाता है।

(+) छोर के लिए Cc 0.1 andM है, और (-) छोर के लिए 0.8 (M है। इसका मतलब यह है कि एक्टिन मोनोमर्स की 8 गुना कम सांद्रता को (+) छोर को चमकाने के लिए आवश्यक है।

एक्टिन पोलीमराइजेशन मुख्य रूप से थाइमोसिन बीटा 4 (टीबी 4) द्वारा नियंत्रित किया जाता है। यह प्रोटीन जी एक्टिन को बांधता है और इसे बनाए रखता है, इसे पोलीमराइज़िंग से रोकता है। जबकि प्रोफिलिन एक्टिन पोलीमराइजेशन को उत्तेजित करता है। प्रोफिलिन एक्टिन-टीबी 4 कॉम्प्लेक्स के पृथक्करण के माध्यम से (+) छोर पर पॉलिमराइजेशन को सुविधाजनक बनाने, एक्टिन मोनोमर्स को बांधता है।

अन्य कारक जैसे आयनों में वृद्धि (Na ⁺, K ⁺ या Mg ⁺²) फिलामेंट्स के निर्माण का पक्ष लेते हैं।

एक्टिन साइटोस्केलेटन का गठन

एक्टिन साइटोस्केलेटन के गठन के लिए एक्टिन फिलामेंट्स के बीच क्रॉस-लिंक बनाने की आवश्यकता होती है। ये बांड प्रोटीन द्वारा बनाए जाते हैं, जिनकी बकाया विशेषताएं हैं: उनके पास एक्टिन-बाइंडिंग डोमेन हैं; कई लोगों के पास कैलोपिन के समरूप डोमेन हैं; और प्रत्येक प्रकार के प्रोटीन को एक निश्चित प्रकार के सेल में व्यक्त किया जाता है।

फ़िलाओपोडिया और तनाव तंतुओं में, एक्टिन फ़िलामेंट्स के बीच क्रॉस-लिंक फ़ासिना और फ़्लामिन द्वारा किए जाते हैं। क्रमशः ये प्रोटीन, एक्टिन फिलामेंट को समानांतर बनाते हैं या अलग-अलग कोण होते हैं। इस प्रकार, एक्टिन तंतु कोशिका के आकार को परिभाषित करते हैं।

सबसे अधिक एक्टिन फिलामेंट्स वाले सेल का क्षेत्र प्लाज्मा झिल्ली के पास स्थित है। इस क्षेत्र को प्रांतस्था कहा जाता है। कॉर्टिकल साइटोस्केलेटन को अलग-अलग तरीकों से आयोजित किया जाता है, जो सेल के प्रकार पर निर्भर करता है, और बाध्यकारी प्रोटीन के माध्यम से प्लाज्मा झिल्ली से जुड़ा होता है।

सबसे अच्छा वर्णित साइटोस्केलेटन मांसपेशियों की कोशिकाओं, प्लेटलेट्स, उपकला कोशिकाओं और एरिथ्रोसाइट्स में से कुछ हैं। उदाहरण के लिए, मांसपेशियों की कोशिकाओं में, डिस्ट्रोफिन बाइंडिंग प्रोटीन झिल्ली में एक अभिन्न ग्लाइकोप्रोटीन कॉम्प्लेक्स के लिए एक्टिन फिलामेंट्स को बांधता है। यह जटिल बाह्य मैट्रिक्स प्रोटीन को बांधता है।

एक्टिन-मायोसिन इंटरैक्शन एक्शन मॉडल

रेमेंट के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने एक्टिन और मायोसिन की बातचीत को समझाने के लिए एक चार-चरण मॉडल का प्रस्ताव रखा। पहला चरण एटीपी के मायोसिन के प्रमुखों के बंधन के साथ होता है। यह बंधन प्रोटीन में एक परिवर्तनकारी परिवर्तन उत्पन्न करता है, इसे छोटे फिलामेंट में एक्टिन से मुक्त करता है।

एटीपी तो एक अकार्बनिक फॉस्फेट जारी करने, ADP के लिए हाइड्रोलाइज्ड है। मायोसिन अणु खुद को एक नए एक्टिन सबयूनिट में संलग्न करता है, एक उच्च-ऊर्जा राज्य पैदा करता है।

अकार्बनिक फॉस्फेट के रिलीज से मायोसिन में परिवर्तन होता है, प्रारंभिक विरूपण और छोटे फिलामेंट्स के आंदोलन के साथ वापसी होती है, जो मोटे तंतुओं के संबंध में होती है। यह आंदोलन व्यंग्य के दो छोरों की गति का कारण बनता है, उन्हें एक साथ करीब लाता है।

अंतिम चरण में ADP का विमोचन शामिल है। इस बिंदु पर मायोसिन सिर मुक्त है और एक नए एटीपी अणु को बांध सकता है।

सेल आंदोलन एक्टिन पोलीमराइजेशन द्वारा संचालित है

क्रॉलिंग मोटिव एक प्रकार की सेल मोटिविटी है। इस प्रकार की प्रेरणा के चरण हैं: सब्सट्रेट की ओर आसंजन लीडर अक्ष का प्रक्षेपण; सब्सट्रेट को आसंजन; पीछे हटना; और डि-आसंजन।

लीडर अक्ष के प्रक्षेपण के लिए प्रोटीन की भागीदारी की आवश्यकता होती है, जो एक्टिन फ़िलामेंट्स के पोलीमराइज़ेशन और डीकोलाइराइज़ेशन में भाग लेते हैं। लीडर एक्सिस सेल कॉर्टेक्स में पाया जाता है, जिसे लैमेलिपोडियम कहा जाता है। अक्ष प्रक्षेपण कदम हैं:

- बाह्य संकेत द्वारा रिसेप्टर्स का सक्रियण।

- सक्रिय GTPases और 4,5-बिसफ़ॉस्फ़ेट फ़ॉस्फ़ोइनोसिटोल (पीआईपी ₂) का गठन ।

- WASp / स्कार और Arp2 / 3 प्रोटीन का सक्रियण, जो एक्टिन फिलामेंट्स में शाखाएं बनाने के लिए एक्टिन मोनोमर्स को बांधता है।

- शाखा के मायोसिन-सजाए गए अंत में एक्टिन फिलामेंट्स का तेजी से विकास। झिल्ली को आगे बढ़ाया जाता है।

- कोट प्रोटीन द्वारा उत्पादित बढ़ाव का समापन।

एटीपी के हाइड्रोलिसिस पुराने फिलामेंट्स में एक्टिन के लिए बाध्य है।

- एडीएफ / कोफिलिन द्वारा प्रवर्तित तंतुओं के एक्टिन-एडीपी का डीपोलाइराइजेशन।

- प्रोफिलिन द्वारा उत्प्रेरित एटीपी के लिए एडीपी का आदान-प्रदान, जी-एटीपी एक्टिन को बढ़ाना शुरू करने के लिए तैयार है।

एक्टिन से संबंधित बीमारियां

मांसपेशीय दुर्विकास

मस्कुलर डिस्ट्रॉफी कंकाल की मांसपेशी का एक अपक्षयी रोग है। यह बार-बार विरासत में मिला है और एक्स गुणसूत्र से जुड़ा हुआ है। यह मुख्य रूप से जनसंख्या में उच्च आवृत्ति (प्रत्येक 3,500 पुरुषों में से एक) के साथ पुरुषों को प्रभावित करता है। इन पुरुषों की मां विषमयुग्मजी स्पर्शोन्मुख हैं, और इनमें पारिवारिक इतिहास का अभाव हो सकता है।

मांसपेशियों के डिस्ट्रोफी, ड्यूकेन और बेकर के दो रूप हैं, और दोनों डायस्ट्रोफिन जीन में दोष के कारण होते हैं। इन दोषों में एक्सोन को हटाने वाले विलोपन शामिल हैं।

डायस्ट्रोफिन एक प्रोटीन (427 केडीए) है जो एक्टिन फिलामेंट्स के बीच क्रॉस-लिंक बनाता है। इसमें एन-टर्मिनस पर एक एक्टिन-बाध्यकारी डोमेन और सी-टर्मिनस में एक झिल्ली-बाध्यकारी डोमेन है। दोनों डोमेन के बीच एक तीसरा ट्यूबलर डोमेन है जो 24 अग्रानुक्रम दोहराव से बना है।

मांसपेशियों के कोर्टिकल रेटिकुलम में, डायस्ट्रोफिन एक ग्लाइकोप्रोटीन कॉम्प्लेक्स के माध्यम से प्लाज्मा झिल्ली को एक्टिन फिलामेंट्स के बंधन में भाग लेता है। यह परिसर बाह्य मैट्रिक्स प्रोटीन को भी बांधता है।

ड्यूकेन पेशी अपविकास के साथ कार्यात्मक डिस्ट्रोफिन की कमी वाले रोगियों में, कॉर्टिकल साइटोस्केलेटन प्लाज्मा झिल्ली का समर्थन नहीं करता है। नतीजतन, बार-बार मांसपेशियों के संकुचन के तनाव से प्लाज्मा झिल्ली क्षतिग्रस्त हो जाती है।

संदर्भ

1. डेविन, टीएम 2000. जैव रसायन। संपादकीय रिवर्ट, बार्सिलोना।
2. गनस्ट, एसजे, और झांग, डब्ल्यू। 2008। चिकनी पेशी में एक्टिन साइटोस्केलेटल डायनेमिक: चिकनी मांसपेशियों के संकुचन के नियमन के लिए एक नया प्रतिमान। एम जे फिजियोल सेल फिजियोल, 295: C576-C587।
3. लोदीश, एच।, बर्क, ए।, जिपर्सकी, एसएल, मत्सुदरिया, पी।, बाल्टीमोर, डी।, डेरनेल, जे। 2003. सेलुलर और आणविक जीव विज्ञान। संपादकीय मेडिका पैनामेरिकाना, ब्यूनस आयर्स, बोगोटा, कराकस, मैड्रिड, मैक्सिको, साओ पाउलो।
4. नेल्सन, डीएल, कॉक्स, एमएम 2008. लेहिंगर - जैव रसायन के सिद्धांत। डब्ल्यू। फ्रीमैन, न्यूयॉर्क।
5. पिफेन्ड्टनर, जे।, डी ला क्रूज़, ईएम, वोथ, जी। 2010. एक्टिन डीपोलाइमरेशन फैक्टर / कॉफ़िलिन द्वारा एक्टिन फिलामेंट रीमॉडलिंग। PNAS, 107: 7299-7304।
6. पोलार्ड, टीडी, बोरसी, जीजी 2003। असेंबली द्वारा सेल्युलर मोटिवेशन एक्ट और डिसएम्फास्ट ऑफ एक्टिन फिलामेंट्स। सेल, 112: 453-465।