Hoofdstuk 17: Cytoskelet
Inhoudsopgave
Centrale vraagstelling H17 ............................................................................................................................... 2
Het cytoskelet .................................................................................................................................................. 3
17.1 Intermediaire filamenten ......................................................................................................................... 3
17.1.1. Intermediaire filamenten zijn sterk en touwachtig ................................................................................ 3
17.1.1.1 Intermediaire filamenten vormen getwijnde strengen van coiled-coil dimeren met globulaire
koppen ........................................................................................................................................................... 4
17.1.1.2. Intermediaire filamenten verstevigen cellen (cytoskelet) .............................................................. 5
17.1.2. Intermediaire filamenten verstevigen cellen tegen mechanische stress ................................................ 5
17.1.2.1. Vier klasses van intermediaire filamenten ..................................................................................... 7
17.1.3. De nucleaire lamines zijn intermediaire filamenten die het kernomhulsel steunen ............................... 7
17.1.3.1. Progeria is een ernstige aandoening als gevolg van lamine A mutatie .......................................... 8
17.1.3.2. Plectine bindt IF aan mekaar en aan microtubuli en actinefilamenten.......................................... 8
17.1.3.3. Linker Proteins Connect Cytoskeletal Filaments and Bridge the Nuclear Envelope ....................... 9
17.2 Microtubuli............................................................................................................................................... 9
17.2.1. Microtubuli zijn holle buisjes van tubuline polymeren met 2 structureel andere uiteinden ................. 10
17.2.2. Het centrosoom is een belangrijk microtubulus organizerend centrum in dierlijke cellen ................... 11
17.2.2.1. Microtubuli groeien uit een microtubulus organizerend centrum (MOC) ................................... 11
!!! 17.2.3. Microtubuli vertonen dynamische instabiliteit ................................................................................ 12
!!! 17.2.3.1. Mechanisme van de dynamische instabiliteit.......................................................................... 12
17.2.4. Microtubuli worden behouden door assemblage en desassemblage .................................................. 13
17.2.4.1. Sommige stoffen interfereren met de dynamische instabiliteit van MT ...................................... 14
17.2.5. Microtubuli organizeren het binnenste van een cel ............................................................................. 15
17.2.6. Motor eiwitten drijven intracellulair transport aan ............................................................................. 15
17.2.6.1. Motorproteïnen bewegen langs microtubuli via hun ATP-bindende globulaire “koppen” .......... 16
17.2.6.2. Voortbewegingsmechanisme van kinesine: sequentiële ATP hydrolyse in de koppen ................ 16
17.2.6.3. Verschillende motorproteïnen transporteren cargo langs microtubuli: kinesines en dyneines .. 17
17.2.7. Organellen bewegen langs microtubule ............................................................................................... 17
17.2.7.1. ER tubuli worden uitgerokken via motor eiwitten: dynamisch ER netwerk ................................. 17
17.2.8. Cilia en flagella bevatten stabiele microtubuli die door dyneine bewegen .......................................... 17
17.2.8.1. Een cilium vertoont een power stroke en een recovery stroke ................................................... 18
17.2.8.2. Beweging van een flagellum drijft de voortbeweging van een spermacel aan ............................ 18
17.2.8.3. Microtubuli in cilia en flagellen vertonen een 9 + 2 schikking...................................................... 19
17.2.8.4. De beweging van dyneine naar het (–) einde veroorzaakt buiging van het flagellum ................. 19
17.3 Actine filamenten ................................................................................................................................... 20
Actinefilamenten laten eukaryote cellen toe veel verschillende vormen aan te nemen ............................ 20
17.3.1. Actine vormt dunne flexiebele proteïnedraden .................................................................................... 21
17.3.2. Actine vertoont treadmilling ................................................................................................................ 21
17.3.1.1 Treadmilling ................................................................................................................................... 22
17.3.1.2 Treadmilling vs. dynamische instabiliteit ...................................................................................... 23
1
, 17.3.1.3 Stoffen die de treadmilling van actine beïnvloeden ...................................................................... 23
17.3.3. Actine-bindende proteïnen controleren het gedrag van actinefilamenten .......................................... 23
17.3.4. Actine-rijke celcortex verstevigt de plasmamembraan ........................................................................ 24
17.3.5. Celbewegingen hangen af van actine................................................................................................... 25
17.3.5.1 Actinefilamenten laten cellen voortbewegen ............................................................................... 26
17.3.5.2 Een actine netwerk duwt de voorkant van de cel vooruit ............................................................. 26
17.3.6. Myosine is een actine motor: contractiele structuren .......................................................................... 27
17.3.7. Extracellulaire signalen controleren de schikking van de actine filamenten ........................................ 27
17.3.7.1. Listeria bacteriën bewegen in het cytosol van gastheercel .......................................................... 27
17.4 Spiercontractie ................................................................................................................................. 28
17.4.1. De spiercontractie hangt af van bundels actine en myosine ................................................................ 28
17.4.1.1. Bipolaire filamenten van myosine-II kunnen actinefilamenten langs elkaar doen glijden ........... 28
17.4.2. Tijdens de spiercontractie glijden actine filamenten langs myosine filamenten .................................. 29
17.4.2.1. Sarcomeren: de elementaire contractiele onderdelen van de spier ............................................ 30
17.4.2.2. Spieren contraheren door filament verschuivingen ”sliding filament mechanism” ................... 31
17.4.2.3. De myosine reactiecyclus (1) ........................................................................................................ 32
17.4.2.3. De myosine reactiecyclus (2) ........................................................................................................ 33
17.4.3. De spiercontractie begint door een plotse stijging van cytosolaire Ca 2+ .............................................. 33
17.4.3.1. Het Sarcoplasmatische Reticulum ................................................................................................ 34
17.4.3.2. Ca2+ vrijzetting in skeletspier ........................................................................................................ 34
17.4.3.2. Ca2+ vrijzetting in hartspier ........................................................................................................... 35
17.4.3.4. Ca2+ controleert de contractie via troponine................................................................................ 36
17.4.3.5. Ca2+ vrijzetting en de spiercontractie ........................................................................................... 36
17.4.3.6. Maligne hyperthermie .................................................................................................................. 37
17.4.3.7. Tijdsverloop twitch contractie spier ............................................................................................. 37
17.4.4. Krachtontwikkeling door spiercontractie ............................................................................................. 38
17.4.4.1. Sarcomeerlengte en isometrische kracht ..................................................................................... 38
17.4.4.2. Regeling contractiesterkte skeletspier ......................................................................................... 38
17.4.4.4. Kracht-lengte diagram van een isometrische tetanische contractie ............................................ 41
17.4.4.5. Elastische componenten in een sarcomeer van een skeletspier .................................................. 41
17.4.4.6. Elastische componenten in de skeletspier ................................................................................... 42
H17: Cytoskelet & Kine ................................................................................................................................... 43
H17: Belangrijke concepten ............................................................................................................................ 43
H17: Belangrijke begrippen ............................................................................................................................ 43
Centrale vraagstelling H17
• Hoe verkrijgen eukaryote cellen hun specifieke vorm en stevigheid?
• Hoe worden vesikels efficient getransporteerd van punt A naar B?
• Hoe kunnen sommige celtypes bewegen?
• Hoe verklaar je dat spiercellen kunnen samentrekken en kracht ontwikkelen?
• Hoe leidt een verhoging van de intracellulaire Ca2+ concentratie tot spiercontractie?
2
,Het cytoskelet
Eukaryote cellen nemen vele vormen aan, organizeren de celinhoud op andere manieren en
interageren met de omgeving → afhankelijk van het cytoskelet = netwerk van
eiwitfilamenten in het cytoplasma.
→ Geeft ook ondersteuning aan de cel, zeker belangrijk bij dierlijke cellen zonder celwand
→ DYNAMISCHE structuur, niet statisch: zowel de “bot-” als “spierfunctie” van het skelet
Er zijn 3 vormen van het cytoskelet:
1) Intermediaire filamenten
2) Microtubuli
3) Actine filamenten
17.1 Intermediaire filamenten
17.1.1. Intermediaire filamenten zijn sterk en touwachtig
3
, → Eiwitnetwerk in cytoplasma van de meeste diercellen: van nucleus tot PM
→ Vastgehecht aan PM ter hoogte van desmosomen (H20)
→ Geven treksterkte bij strekking van cellen: sterkste en meest duurzame
cytoskeleteiwitten
17.1.1.1 Intermediaire filamenten vormen getwijnde strengen van coiled-coil dimeren met
globulaire koppen
Tetrameren associëren begin-begin → touwvormige structuren (filamenten)
(#8 tetrameren)
➢ Monomeren associëren begin-begin → dimeren
➢ Dimeren associëren begin-einde → tetrameren
IF = Lange, vezelachtige eiwitten:
- Sterk variabel globulair (sferisch) N-terminaal hoofdje en C-terminaal staartje
- Invariabel staafvormig gedeelte (alfa-helicaal)
De basiseenheid is een clustering van tetrameren. Deze vormen een bundel. De bundel
wordt herhaald in de filamenten. Ze worden opgebouw uit eiwitten. De N-terminus geeft
richting aan het eiwit.
A) Monomeer
B) Dimeer waarvan C en N terminus aan dezelfde zijde liggen (coiled coil)
C) Tetrameer door samenvoeging van 2 dimeren. Er is hier geen polariteit meer (geen
richting want begin en einde ziet er hetzeflde uit)
D) Bundels worden aan elkaar geschakeld
→ Door de samenkomst van de 2 dimeren …
4
Inhoudsopgave
Centrale vraagstelling H17 ............................................................................................................................... 2
Het cytoskelet .................................................................................................................................................. 3
17.1 Intermediaire filamenten ......................................................................................................................... 3
17.1.1. Intermediaire filamenten zijn sterk en touwachtig ................................................................................ 3
17.1.1.1 Intermediaire filamenten vormen getwijnde strengen van coiled-coil dimeren met globulaire
koppen ........................................................................................................................................................... 4
17.1.1.2. Intermediaire filamenten verstevigen cellen (cytoskelet) .............................................................. 5
17.1.2. Intermediaire filamenten verstevigen cellen tegen mechanische stress ................................................ 5
17.1.2.1. Vier klasses van intermediaire filamenten ..................................................................................... 7
17.1.3. De nucleaire lamines zijn intermediaire filamenten die het kernomhulsel steunen ............................... 7
17.1.3.1. Progeria is een ernstige aandoening als gevolg van lamine A mutatie .......................................... 8
17.1.3.2. Plectine bindt IF aan mekaar en aan microtubuli en actinefilamenten.......................................... 8
17.1.3.3. Linker Proteins Connect Cytoskeletal Filaments and Bridge the Nuclear Envelope ....................... 9
17.2 Microtubuli............................................................................................................................................... 9
17.2.1. Microtubuli zijn holle buisjes van tubuline polymeren met 2 structureel andere uiteinden ................. 10
17.2.2. Het centrosoom is een belangrijk microtubulus organizerend centrum in dierlijke cellen ................... 11
17.2.2.1. Microtubuli groeien uit een microtubulus organizerend centrum (MOC) ................................... 11
!!! 17.2.3. Microtubuli vertonen dynamische instabiliteit ................................................................................ 12
!!! 17.2.3.1. Mechanisme van de dynamische instabiliteit.......................................................................... 12
17.2.4. Microtubuli worden behouden door assemblage en desassemblage .................................................. 13
17.2.4.1. Sommige stoffen interfereren met de dynamische instabiliteit van MT ...................................... 14
17.2.5. Microtubuli organizeren het binnenste van een cel ............................................................................. 15
17.2.6. Motor eiwitten drijven intracellulair transport aan ............................................................................. 15
17.2.6.1. Motorproteïnen bewegen langs microtubuli via hun ATP-bindende globulaire “koppen” .......... 16
17.2.6.2. Voortbewegingsmechanisme van kinesine: sequentiële ATP hydrolyse in de koppen ................ 16
17.2.6.3. Verschillende motorproteïnen transporteren cargo langs microtubuli: kinesines en dyneines .. 17
17.2.7. Organellen bewegen langs microtubule ............................................................................................... 17
17.2.7.1. ER tubuli worden uitgerokken via motor eiwitten: dynamisch ER netwerk ................................. 17
17.2.8. Cilia en flagella bevatten stabiele microtubuli die door dyneine bewegen .......................................... 17
17.2.8.1. Een cilium vertoont een power stroke en een recovery stroke ................................................... 18
17.2.8.2. Beweging van een flagellum drijft de voortbeweging van een spermacel aan ............................ 18
17.2.8.3. Microtubuli in cilia en flagellen vertonen een 9 + 2 schikking...................................................... 19
17.2.8.4. De beweging van dyneine naar het (–) einde veroorzaakt buiging van het flagellum ................. 19
17.3 Actine filamenten ................................................................................................................................... 20
Actinefilamenten laten eukaryote cellen toe veel verschillende vormen aan te nemen ............................ 20
17.3.1. Actine vormt dunne flexiebele proteïnedraden .................................................................................... 21
17.3.2. Actine vertoont treadmilling ................................................................................................................ 21
17.3.1.1 Treadmilling ................................................................................................................................... 22
17.3.1.2 Treadmilling vs. dynamische instabiliteit ...................................................................................... 23
1
, 17.3.1.3 Stoffen die de treadmilling van actine beïnvloeden ...................................................................... 23
17.3.3. Actine-bindende proteïnen controleren het gedrag van actinefilamenten .......................................... 23
17.3.4. Actine-rijke celcortex verstevigt de plasmamembraan ........................................................................ 24
17.3.5. Celbewegingen hangen af van actine................................................................................................... 25
17.3.5.1 Actinefilamenten laten cellen voortbewegen ............................................................................... 26
17.3.5.2 Een actine netwerk duwt de voorkant van de cel vooruit ............................................................. 26
17.3.6. Myosine is een actine motor: contractiele structuren .......................................................................... 27
17.3.7. Extracellulaire signalen controleren de schikking van de actine filamenten ........................................ 27
17.3.7.1. Listeria bacteriën bewegen in het cytosol van gastheercel .......................................................... 27
17.4 Spiercontractie ................................................................................................................................. 28
17.4.1. De spiercontractie hangt af van bundels actine en myosine ................................................................ 28
17.4.1.1. Bipolaire filamenten van myosine-II kunnen actinefilamenten langs elkaar doen glijden ........... 28
17.4.2. Tijdens de spiercontractie glijden actine filamenten langs myosine filamenten .................................. 29
17.4.2.1. Sarcomeren: de elementaire contractiele onderdelen van de spier ............................................ 30
17.4.2.2. Spieren contraheren door filament verschuivingen ”sliding filament mechanism” ................... 31
17.4.2.3. De myosine reactiecyclus (1) ........................................................................................................ 32
17.4.2.3. De myosine reactiecyclus (2) ........................................................................................................ 33
17.4.3. De spiercontractie begint door een plotse stijging van cytosolaire Ca 2+ .............................................. 33
17.4.3.1. Het Sarcoplasmatische Reticulum ................................................................................................ 34
17.4.3.2. Ca2+ vrijzetting in skeletspier ........................................................................................................ 34
17.4.3.2. Ca2+ vrijzetting in hartspier ........................................................................................................... 35
17.4.3.4. Ca2+ controleert de contractie via troponine................................................................................ 36
17.4.3.5. Ca2+ vrijzetting en de spiercontractie ........................................................................................... 36
17.4.3.6. Maligne hyperthermie .................................................................................................................. 37
17.4.3.7. Tijdsverloop twitch contractie spier ............................................................................................. 37
17.4.4. Krachtontwikkeling door spiercontractie ............................................................................................. 38
17.4.4.1. Sarcomeerlengte en isometrische kracht ..................................................................................... 38
17.4.4.2. Regeling contractiesterkte skeletspier ......................................................................................... 38
17.4.4.4. Kracht-lengte diagram van een isometrische tetanische contractie ............................................ 41
17.4.4.5. Elastische componenten in een sarcomeer van een skeletspier .................................................. 41
17.4.4.6. Elastische componenten in de skeletspier ................................................................................... 42
H17: Cytoskelet & Kine ................................................................................................................................... 43
H17: Belangrijke concepten ............................................................................................................................ 43
H17: Belangrijke begrippen ............................................................................................................................ 43
Centrale vraagstelling H17
• Hoe verkrijgen eukaryote cellen hun specifieke vorm en stevigheid?
• Hoe worden vesikels efficient getransporteerd van punt A naar B?
• Hoe kunnen sommige celtypes bewegen?
• Hoe verklaar je dat spiercellen kunnen samentrekken en kracht ontwikkelen?
• Hoe leidt een verhoging van de intracellulaire Ca2+ concentratie tot spiercontractie?
2
,Het cytoskelet
Eukaryote cellen nemen vele vormen aan, organizeren de celinhoud op andere manieren en
interageren met de omgeving → afhankelijk van het cytoskelet = netwerk van
eiwitfilamenten in het cytoplasma.
→ Geeft ook ondersteuning aan de cel, zeker belangrijk bij dierlijke cellen zonder celwand
→ DYNAMISCHE structuur, niet statisch: zowel de “bot-” als “spierfunctie” van het skelet
Er zijn 3 vormen van het cytoskelet:
1) Intermediaire filamenten
2) Microtubuli
3) Actine filamenten
17.1 Intermediaire filamenten
17.1.1. Intermediaire filamenten zijn sterk en touwachtig
3
, → Eiwitnetwerk in cytoplasma van de meeste diercellen: van nucleus tot PM
→ Vastgehecht aan PM ter hoogte van desmosomen (H20)
→ Geven treksterkte bij strekking van cellen: sterkste en meest duurzame
cytoskeleteiwitten
17.1.1.1 Intermediaire filamenten vormen getwijnde strengen van coiled-coil dimeren met
globulaire koppen
Tetrameren associëren begin-begin → touwvormige structuren (filamenten)
(#8 tetrameren)
➢ Monomeren associëren begin-begin → dimeren
➢ Dimeren associëren begin-einde → tetrameren
IF = Lange, vezelachtige eiwitten:
- Sterk variabel globulair (sferisch) N-terminaal hoofdje en C-terminaal staartje
- Invariabel staafvormig gedeelte (alfa-helicaal)
De basiseenheid is een clustering van tetrameren. Deze vormen een bundel. De bundel
wordt herhaald in de filamenten. Ze worden opgebouw uit eiwitten. De N-terminus geeft
richting aan het eiwit.
A) Monomeer
B) Dimeer waarvan C en N terminus aan dezelfde zijde liggen (coiled coil)
C) Tetrameer door samenvoeging van 2 dimeren. Er is hier geen polariteit meer (geen
richting want begin en einde ziet er hetzeflde uit)
D) Bundels worden aan elkaar geschakeld
→ Door de samenkomst van de 2 dimeren …
4
