H7: celstructuur en -beweging
7.1 Algemene concepten
Tensegriteit = structurele integriteit door balans van trek- en
drukkrachten. Geldt voor alle cellulaire structuren.
Eukaryote cel is gecompartimentaliseerd en de vorm en mobiliteit
worden bepaald door het cytoskelet.
7.2 cytoskeletaire componenten
Er zijn 3 hoofdtypen filamenten (gesorteerd op diameter):
1. Microfilamenten (actinefilamenten) (~7 nm)
o Vorm & beweging (bijv. celmigratie)
o Bestaan uit ATP-gebonden actinemonomeren:
Actinefilamenten (F-actine) zijn lange, lineaire structuren die
opgebouwd zijn uit globulaire actinesubeenheden (G-actine).
Deze monomeren polymeriseren tot een keten, waarbij twee
spiralen samen een volledig F-actine filament vormen.
Elk filament heeft een duidelijke polariteit:
- Een positief uiteinde (barbed end): snellere groei.
- Een negatief uiteinde (pointed end): tragere groei.
Deze polariteit is functioneel belangrijk, onder andere voor
motorproteïnen die langs het filament bewegen.
De G-actine monomeren binden ATP of ADP:
- ATP-gebonden G-actine wordt makkelijker ingebouwd en
geeft meer stabiliteit aan het filament.
- Na inbouw wordt ATP gehydrolyseerd tot ADP, wat leidt
tot verminderde bindingssterkte en verhoogde kans op
depolymerisatie.
o Dynamiek: treadmilling
2. Microtubuli (~24 nm)
o Transport & mitose
o Bestaan uit GTP-gebonden α/β-tubulinedimeren: Microtubuli
zijn holle buisvormige structuren die bestaan uit 13
protofilamenten, gerangschikt in een cirkel tot één buis. Elk
protofilament is opgebouwd uit tubuline-heterodimeren,
bestaande uit een alfa- en een beta-tubuline. Deze twee
subeenheden worden altijd samen ingebouwd.
, Microtubuli hebben een duidelijke polariteit:
- Een positief uiteinde: snelle groei.
- Een negatief uiteinde: tragere groei (vaak verankerd aan
het MTOC).
De tubuline-eenheden binden GTP:
- GTP-gebonden tubuline wordt ingebouwd.
- Na inbouw wordt GTP omgezet in GDP, wat het filament
minder stabiel maakt.
Er bestaan verschillende vormen:
- Singlets: gewone transportstructuren binnen de cel.
- Doubletten en tripletten: komen voor in gespecialiseerde
structuren zoals cilia en flagellen.
o Dynamiek: dynamic instability
3. Intermediaire filamenten (~10 nm)
o Mechanische weerstand
o Geen polariteit of nucleotidebinding
Deze 3 structuren zijn polymeren = Ze worden opgebouwd uit kleine
sub-eenheden (monomeren of dimeren) die samen grotere
structuren vormen. Polymerisatieproces: Zeer snel en dynamisch.
Kan snel opgebouwd én afgebroken worden, afhankelijk van de
omstandigheden in de cel.
Twee soorten bindingen in polymeren: Lichte bindingen: zorgen voor
snelle opbouw en afbraak (dynamische structuren, zoals actine of
microtubuli in groei/krimp). En sterke bindingen: geven meer
stabiliteit (zoals in intermediaire filamenten) en zijn minder gevoelig
voor depolymerisatie.
Het verschil in stabiliteit komt door het aantal en type van bindingen
tussen subunits: Meer en sterkere bindingen ➜ stabieler filament. Of
minder bindingen ➜ snellere turnover.
Verschillende toxines interfereren met polymerisatie: ze gaan soms
polymerisatie tegenwerken of juist bevorderen.
Kritieke concentratie Cc bepaalt filamentvorming:
De vorming van cytoskeletaire polymeren verloopt via een dynamisch
proces, dat sterk afhankelijk is van:
het type filament (actine vs. tubuline)
, de concentratie aan subeenheden (monomeren of heterodimeren)
In vitro experimenten tonen typische kinetiek
Als je subeenheden in een petrischaal brengt:
Bij lage temperatuur (bv. 4°C): weinig beweging.
Bij hogere temperatuur: verhoogde diffusie, meer botsingen, grotere
kans op polymerisatie.
Sigmoidale polymerisatiecurve
De polymerisatie verloopt in drie fasen:
1. Lag-fase: subeenheden bewegen willekeurig rond. Pas na voldoende
botsingen ontstaan kleine ketens (oligomeren).
2. Versnellingsfase: zodra oligomeren gevormd zijn, verloopt de
verlenging sneller (polymerisatie versnelt).
3. Plateau-fase/steady state: de filamentlengte blijft gemiddeld stabiel
doordat evenveel subeenheden worden ingebouwd als afgebroken.
Deze balans wordt bepaald door de kritieke concentratie (Cc):
[Subeenheden] > Cc → netto groei.
[Subeenheden] = Cc → steady state (geen netto verandering).
[Subeenheden] < Cc → netto afbraak.
Kritieke concentratie bepaald door ATP/GTP hydrolyse:
Subeenheden van het cytoskelet worden ingebouwd in hun energetisch
actieve vorm:
Actine: ingebouwd als ATP-gebonden G-actine.
Tubuline: ingebouwd als GTP-gebonden α/β-heterodimeer.
Na incorporatie in het filament wordt deze hoogenergetische toestand
gehydrolyseerd:
ATP → ADP (bij actine)
GTP → GDP (bij tubuline)
Deze omzetting verlaagt de bindingssterkte en verhoogt de kans op
depolymerisatie.
De polymerisatiesnelheid en stabiliteit verschillen tussen de uiteinden van
het filament:
7.1 Algemene concepten
Tensegriteit = structurele integriteit door balans van trek- en
drukkrachten. Geldt voor alle cellulaire structuren.
Eukaryote cel is gecompartimentaliseerd en de vorm en mobiliteit
worden bepaald door het cytoskelet.
7.2 cytoskeletaire componenten
Er zijn 3 hoofdtypen filamenten (gesorteerd op diameter):
1. Microfilamenten (actinefilamenten) (~7 nm)
o Vorm & beweging (bijv. celmigratie)
o Bestaan uit ATP-gebonden actinemonomeren:
Actinefilamenten (F-actine) zijn lange, lineaire structuren die
opgebouwd zijn uit globulaire actinesubeenheden (G-actine).
Deze monomeren polymeriseren tot een keten, waarbij twee
spiralen samen een volledig F-actine filament vormen.
Elk filament heeft een duidelijke polariteit:
- Een positief uiteinde (barbed end): snellere groei.
- Een negatief uiteinde (pointed end): tragere groei.
Deze polariteit is functioneel belangrijk, onder andere voor
motorproteïnen die langs het filament bewegen.
De G-actine monomeren binden ATP of ADP:
- ATP-gebonden G-actine wordt makkelijker ingebouwd en
geeft meer stabiliteit aan het filament.
- Na inbouw wordt ATP gehydrolyseerd tot ADP, wat leidt
tot verminderde bindingssterkte en verhoogde kans op
depolymerisatie.
o Dynamiek: treadmilling
2. Microtubuli (~24 nm)
o Transport & mitose
o Bestaan uit GTP-gebonden α/β-tubulinedimeren: Microtubuli
zijn holle buisvormige structuren die bestaan uit 13
protofilamenten, gerangschikt in een cirkel tot één buis. Elk
protofilament is opgebouwd uit tubuline-heterodimeren,
bestaande uit een alfa- en een beta-tubuline. Deze twee
subeenheden worden altijd samen ingebouwd.
, Microtubuli hebben een duidelijke polariteit:
- Een positief uiteinde: snelle groei.
- Een negatief uiteinde: tragere groei (vaak verankerd aan
het MTOC).
De tubuline-eenheden binden GTP:
- GTP-gebonden tubuline wordt ingebouwd.
- Na inbouw wordt GTP omgezet in GDP, wat het filament
minder stabiel maakt.
Er bestaan verschillende vormen:
- Singlets: gewone transportstructuren binnen de cel.
- Doubletten en tripletten: komen voor in gespecialiseerde
structuren zoals cilia en flagellen.
o Dynamiek: dynamic instability
3. Intermediaire filamenten (~10 nm)
o Mechanische weerstand
o Geen polariteit of nucleotidebinding
Deze 3 structuren zijn polymeren = Ze worden opgebouwd uit kleine
sub-eenheden (monomeren of dimeren) die samen grotere
structuren vormen. Polymerisatieproces: Zeer snel en dynamisch.
Kan snel opgebouwd én afgebroken worden, afhankelijk van de
omstandigheden in de cel.
Twee soorten bindingen in polymeren: Lichte bindingen: zorgen voor
snelle opbouw en afbraak (dynamische structuren, zoals actine of
microtubuli in groei/krimp). En sterke bindingen: geven meer
stabiliteit (zoals in intermediaire filamenten) en zijn minder gevoelig
voor depolymerisatie.
Het verschil in stabiliteit komt door het aantal en type van bindingen
tussen subunits: Meer en sterkere bindingen ➜ stabieler filament. Of
minder bindingen ➜ snellere turnover.
Verschillende toxines interfereren met polymerisatie: ze gaan soms
polymerisatie tegenwerken of juist bevorderen.
Kritieke concentratie Cc bepaalt filamentvorming:
De vorming van cytoskeletaire polymeren verloopt via een dynamisch
proces, dat sterk afhankelijk is van:
het type filament (actine vs. tubuline)
, de concentratie aan subeenheden (monomeren of heterodimeren)
In vitro experimenten tonen typische kinetiek
Als je subeenheden in een petrischaal brengt:
Bij lage temperatuur (bv. 4°C): weinig beweging.
Bij hogere temperatuur: verhoogde diffusie, meer botsingen, grotere
kans op polymerisatie.
Sigmoidale polymerisatiecurve
De polymerisatie verloopt in drie fasen:
1. Lag-fase: subeenheden bewegen willekeurig rond. Pas na voldoende
botsingen ontstaan kleine ketens (oligomeren).
2. Versnellingsfase: zodra oligomeren gevormd zijn, verloopt de
verlenging sneller (polymerisatie versnelt).
3. Plateau-fase/steady state: de filamentlengte blijft gemiddeld stabiel
doordat evenveel subeenheden worden ingebouwd als afgebroken.
Deze balans wordt bepaald door de kritieke concentratie (Cc):
[Subeenheden] > Cc → netto groei.
[Subeenheden] = Cc → steady state (geen netto verandering).
[Subeenheden] < Cc → netto afbraak.
Kritieke concentratie bepaald door ATP/GTP hydrolyse:
Subeenheden van het cytoskelet worden ingebouwd in hun energetisch
actieve vorm:
Actine: ingebouwd als ATP-gebonden G-actine.
Tubuline: ingebouwd als GTP-gebonden α/β-heterodimeer.
Na incorporatie in het filament wordt deze hoogenergetische toestand
gehydrolyseerd:
ATP → ADP (bij actine)
GTP → GDP (bij tubuline)
Deze omzetting verlaagt de bindingssterkte en verhoogt de kans op
depolymerisatie.
De polymerisatiesnelheid en stabiliteit verschillen tussen de uiteinden van
het filament:
