Anna Akhmanova 03-02-2020
HCO1, cytoskelet
Cytoskelet, het cytoskelet bestaat uit meerdere filamenten,
waaronder: microtubuli, actine en intermediaire filamenten. De
eerst twee zijn dynamisch.
Actine filamenten, zijn heel dynamisch. Rechts is te zien
dat actine filamenten opgebouwd zijn uit 2
protofilamenten. Dat zijn polymeren van globulaire
eiwitten die op zichzelf ook actine genoemd worden.
Actine is een ATPase en kan van conformatie veranderen
door zijn gebonden ATP om te zetten in ADP. Elk
protofilament is asymmetrisch met een plus en min einde.
Als gevolg is een actine filament ook asymmetrisch.
Myosine, je kan de
polariteit van een actine
filament achterhalen met
behulp van een myosine
eiwit. Dit motoreiwit kan
aan actine binden, maar doet dat alleen in een bepaalde
conformatie. Het barbed einde zit aan de plus kan en het pointed
einde aan de min kant. Links kan je zie dat myosine dus de polariteit
van een actinefilamenten kan verduidelijken.
Actine polariteit, aan het plus einde van actine kunnen sneller monomeren toegevoegd worden dan
aan het min einde. Ditzelfde geldt voor depolymerisatie. Dit verschil in snelheid komt door de
asymmetrie van actine.
Kinetiek actine polymerisatie, als je actine eiwitten isoleert en
in een testbuisje stopt, zullen ze spontaan gaan polymeriseren.
Eerst moet dan een oligomeer gevormd worden en dat duurt
even, maar zodra dat gebeurt is, kunnen de overige actine
monomeren zowel aan de plus als min zijde toegevoegd
worden en dan gaat het een stuk sneller. Polymerisatie vindt
aan het plus einde een stuk sneller plaats dan aan het min
einde. De polymerisatie zal doorgaan tot de concentratie actine
monomeren in de testbuis te laag wordt om verder te kunnen
polymeriseren. Dan ontstaat een balans waarbij net zoveel
actine toegevoegd wordt als monomeren verwijderd worden.
Zo’n balans (equilibrium/steady state) kan beschreven worden
met een concentratie: de kritische concentratie. Als de actine monomeer concentratie hoger is dan
de kritische concentratie, zal een actine filament groeien, maar zodra de actine concentratie
lager wordt dan de kritische concentratie, zal juist depolymerisatie optreden.
Kon & Koff, rechts zie je versimpeld weergegeven hoe actine toegevoegd wordt aan een actine
filament. Kon is dan de constante waarmee een subunit toegevoegd wordt en hoe hoger de
concentratie aan losse subunits is, hoe hoger de Kon zal zijn. Koff beschrijft dan hoe snel zo’n een
subunit weer kan dissociëren. Dat is niet afhankelijk van de concentratie. Simpel gezegd geldt dan bij
een steady state (kritische concentratie) dat er evenveel toegevoegd als verwijderd wordt:
𝑘𝑜𝑛 ∗ 𝐶 = 𝑘𝑜𝑓𝑓
-1
Hier is Kon in M/sec en Koff in sec . Als je bovenstaande vergelijking anders opschrijft, krijg je:
𝑘𝑜𝑓𝑓 1
𝐶𝑐 = =
𝑘𝑜𝑛 𝐾
Hierbij is Cc de kritische concentratie en K de evenwichtsconstante. Hoe hoger de kritische
concentratie is, hoe meer losse subunits je moet hebben om polymerisatie te bewerkstelligen. De
, Anna Akhmanova 03-02-2020
kritische concentratie is bij het plus en min einde hetzelfde, want deze is gerelateerd aan de energie
van de verbindingen en deze zijn hetzelfde aan de eindes. Aan het plus einde is het echter
makkelijker om deze verbinding te maken en af te breken. Aan het min einde gaat dit iets
moeizamer. Hoe lager de kritische waarde, hoe makkelijker het is om de polymeriseren, aangezien je
er dan sneller boven zit en dus polymeriseert.
Nucleatie, actine polymerisatie vindt sneller plaats in
aanwezigheid van voorgevormde filamenten. Op de vorige
pagina was al duidelijk te zien dat nucleatie de
snelheidslimiterende stap is. Het vormen van oligomeren
vanuit monomeren duurt zo lang doordat actine eiwitten
elkaar maar net goed moeten vinden. Als je dus al gevormde
filamenten toevoegt aan je oplossing, zal het proces veel
sneller verlopen. Met preformed filamenten kan je actine
polymerisatie dus veel sneller op laten starten. In de cel
gebeurt actine vorming op specifieke plekken en niet random
in de hele cel. Als je ergens in de cel al kleine filamenten
gemaakt hebt, zal actine daar sneller kunnen groeien en daar
waar nog geen filamenten zijn gaat het minder snel. Door
preformed filamenten te hebben, kan je de polymerisatie dus naar bepaalde stukken in de cel sturen.
Actine treadmilling, actine is een ATPase en hydrolyseert alleen ATP als actine al gepolymeriseerd is.
Actine polymeriseert dus in een (ATP) T vorm en met een vertraging worden individuele actine
eiwitten dan in de ADP vorm omgezet. De T en D vorm verschillen van elkaar qua eigenschappen. Zo
heeft de D vorm een hoge kritische concentratie en
dat betekent dat je meer actine monomeren toe zal
moeten voegen om polymerisatie plaats te laten
vinden. Doordat het plus en min einde met
verschillende snelheid groeien, kan het dat je aan het
plus einde nog ATP monomeren hebt, terwijl je aan
het min einde enkel de D vorm hebt. Als gevolg kan je
polymerisatie hebben aan het plus einde en
depolarisatie aan het min einde. Dit verschijnsel wordt
treadmilling genoemd en komt door een
thermodynamisch verschil tussen de D en T vorm.
Treadmilling range, je kan dus subunit concentraties
hebben die goed genoeg zijn voor polymerisatie aan
het (T) plus einde, maar niet goed genoeg voor polymerisatie aan het (D) min einde. De concentraties
waarbij treadmilling optreedt, worden de treadmilling range genoemd. Het filament verplaats zich
hierbij als het ware naar het plus einde (rechts) en dat gebeurt niet omdat de individuele
monomeren verplaatsen, maar omdat je aan de ene
kant polymerisatie hebt en aan de andere kant
depolymerisatie.
T cap, de hydrolyse van ATP gaat met een redelijk
constante snelheid en de polymerisatie aan het plus
einde kan bijvoorbeeld sneller plaatsvinden dan de
hydrolyse, waardoor de T cap langer zal worden. Er
zijn eiwitten die invloed hebben op actine
polymerisatie en daarmee ook op de T cap lengte.
Microtubuli, zijn ook heel dynamisch en dat is
cruciaal voor ontwikkeling. Microtubuli zijn daarbij
ook asymmetrisch, maar zitten meestal met hun min
einde aan een matrix bevestigd (zie …), waardoor je
meestal enkel groei en afbraak ziet aan de plus
HCO1, cytoskelet
Cytoskelet, het cytoskelet bestaat uit meerdere filamenten,
waaronder: microtubuli, actine en intermediaire filamenten. De
eerst twee zijn dynamisch.
Actine filamenten, zijn heel dynamisch. Rechts is te zien
dat actine filamenten opgebouwd zijn uit 2
protofilamenten. Dat zijn polymeren van globulaire
eiwitten die op zichzelf ook actine genoemd worden.
Actine is een ATPase en kan van conformatie veranderen
door zijn gebonden ATP om te zetten in ADP. Elk
protofilament is asymmetrisch met een plus en min einde.
Als gevolg is een actine filament ook asymmetrisch.
Myosine, je kan de
polariteit van een actine
filament achterhalen met
behulp van een myosine
eiwit. Dit motoreiwit kan
aan actine binden, maar doet dat alleen in een bepaalde
conformatie. Het barbed einde zit aan de plus kan en het pointed
einde aan de min kant. Links kan je zie dat myosine dus de polariteit
van een actinefilamenten kan verduidelijken.
Actine polariteit, aan het plus einde van actine kunnen sneller monomeren toegevoegd worden dan
aan het min einde. Ditzelfde geldt voor depolymerisatie. Dit verschil in snelheid komt door de
asymmetrie van actine.
Kinetiek actine polymerisatie, als je actine eiwitten isoleert en
in een testbuisje stopt, zullen ze spontaan gaan polymeriseren.
Eerst moet dan een oligomeer gevormd worden en dat duurt
even, maar zodra dat gebeurt is, kunnen de overige actine
monomeren zowel aan de plus als min zijde toegevoegd
worden en dan gaat het een stuk sneller. Polymerisatie vindt
aan het plus einde een stuk sneller plaats dan aan het min
einde. De polymerisatie zal doorgaan tot de concentratie actine
monomeren in de testbuis te laag wordt om verder te kunnen
polymeriseren. Dan ontstaat een balans waarbij net zoveel
actine toegevoegd wordt als monomeren verwijderd worden.
Zo’n balans (equilibrium/steady state) kan beschreven worden
met een concentratie: de kritische concentratie. Als de actine monomeer concentratie hoger is dan
de kritische concentratie, zal een actine filament groeien, maar zodra de actine concentratie
lager wordt dan de kritische concentratie, zal juist depolymerisatie optreden.
Kon & Koff, rechts zie je versimpeld weergegeven hoe actine toegevoegd wordt aan een actine
filament. Kon is dan de constante waarmee een subunit toegevoegd wordt en hoe hoger de
concentratie aan losse subunits is, hoe hoger de Kon zal zijn. Koff beschrijft dan hoe snel zo’n een
subunit weer kan dissociëren. Dat is niet afhankelijk van de concentratie. Simpel gezegd geldt dan bij
een steady state (kritische concentratie) dat er evenveel toegevoegd als verwijderd wordt:
𝑘𝑜𝑛 ∗ 𝐶 = 𝑘𝑜𝑓𝑓
-1
Hier is Kon in M/sec en Koff in sec . Als je bovenstaande vergelijking anders opschrijft, krijg je:
𝑘𝑜𝑓𝑓 1
𝐶𝑐 = =
𝑘𝑜𝑛 𝐾
Hierbij is Cc de kritische concentratie en K de evenwichtsconstante. Hoe hoger de kritische
concentratie is, hoe meer losse subunits je moet hebben om polymerisatie te bewerkstelligen. De
, Anna Akhmanova 03-02-2020
kritische concentratie is bij het plus en min einde hetzelfde, want deze is gerelateerd aan de energie
van de verbindingen en deze zijn hetzelfde aan de eindes. Aan het plus einde is het echter
makkelijker om deze verbinding te maken en af te breken. Aan het min einde gaat dit iets
moeizamer. Hoe lager de kritische waarde, hoe makkelijker het is om de polymeriseren, aangezien je
er dan sneller boven zit en dus polymeriseert.
Nucleatie, actine polymerisatie vindt sneller plaats in
aanwezigheid van voorgevormde filamenten. Op de vorige
pagina was al duidelijk te zien dat nucleatie de
snelheidslimiterende stap is. Het vormen van oligomeren
vanuit monomeren duurt zo lang doordat actine eiwitten
elkaar maar net goed moeten vinden. Als je dus al gevormde
filamenten toevoegt aan je oplossing, zal het proces veel
sneller verlopen. Met preformed filamenten kan je actine
polymerisatie dus veel sneller op laten starten. In de cel
gebeurt actine vorming op specifieke plekken en niet random
in de hele cel. Als je ergens in de cel al kleine filamenten
gemaakt hebt, zal actine daar sneller kunnen groeien en daar
waar nog geen filamenten zijn gaat het minder snel. Door
preformed filamenten te hebben, kan je de polymerisatie dus naar bepaalde stukken in de cel sturen.
Actine treadmilling, actine is een ATPase en hydrolyseert alleen ATP als actine al gepolymeriseerd is.
Actine polymeriseert dus in een (ATP) T vorm en met een vertraging worden individuele actine
eiwitten dan in de ADP vorm omgezet. De T en D vorm verschillen van elkaar qua eigenschappen. Zo
heeft de D vorm een hoge kritische concentratie en
dat betekent dat je meer actine monomeren toe zal
moeten voegen om polymerisatie plaats te laten
vinden. Doordat het plus en min einde met
verschillende snelheid groeien, kan het dat je aan het
plus einde nog ATP monomeren hebt, terwijl je aan
het min einde enkel de D vorm hebt. Als gevolg kan je
polymerisatie hebben aan het plus einde en
depolarisatie aan het min einde. Dit verschijnsel wordt
treadmilling genoemd en komt door een
thermodynamisch verschil tussen de D en T vorm.
Treadmilling range, je kan dus subunit concentraties
hebben die goed genoeg zijn voor polymerisatie aan
het (T) plus einde, maar niet goed genoeg voor polymerisatie aan het (D) min einde. De concentraties
waarbij treadmilling optreedt, worden de treadmilling range genoemd. Het filament verplaats zich
hierbij als het ware naar het plus einde (rechts) en dat gebeurt niet omdat de individuele
monomeren verplaatsen, maar omdat je aan de ene
kant polymerisatie hebt en aan de andere kant
depolymerisatie.
T cap, de hydrolyse van ATP gaat met een redelijk
constante snelheid en de polymerisatie aan het plus
einde kan bijvoorbeeld sneller plaatsvinden dan de
hydrolyse, waardoor de T cap langer zal worden. Er
zijn eiwitten die invloed hebben op actine
polymerisatie en daarmee ook op de T cap lengte.
Microtubuli, zijn ook heel dynamisch en dat is
cruciaal voor ontwikkeling. Microtubuli zijn daarbij
ook asymmetrisch, maar zitten meestal met hun min
einde aan een matrix bevestigd (zie …), waardoor je
meestal enkel groei en afbraak ziet aan de plus
