שלד התא cytoskeleton 

שלד התא cytoskeleton  מיקרוטובולי - סוג אחד של שלד התא.כל סוגי הציטוסקלטון מטרתם לתת חוזק לתא, בונים רשת שנותנת חוזק. הם גם מאפשרים תנועה של התא. במיקרוטובולי הם צינורות היוצאים מהצנטרוזום לכיוון הממברנה הפןלסמתית יחסית די עבים, כ 25 ננומטר, לעומת הactin filaments  כ 7 ננומטר, ו intermediant filaments כ 10 ננומטרסיבי האקטין מרוכזים בעיקר קרוב לממברנה הפלסמתית (לא רק), והאינטרמידיאנט נמצאים בכל הציטוזול.גודל ממוצא של תא אנימלי - 25 מיקרון.המיקרוטובולי יכולים להכנס כ-1000 אחד ליד השני בתא, זה לא הרבה.בכל תא יש בו זמנית את כל הסוגים של הסיבים - אז יש המון סיבים, מאוד צפוף שם מלבד האורגנלות גם מלא סיבים! INTERMEDIATE FILAMENTS ?  בתוך הגרעין אין פילמנטים כאלה, בכל שאר השטח של הציטופלסמה יש.הסיבים אינם חוצים את הממברנה למרות שזה נראה כך בתמונה.. מה שקורה הוא שהסיב של תא אחד מגיע לאותה נקודה ממול הסיבים של התא ממול זה נראה כמו המשך, אך הסיבים אינם חוצים!המבנה:מונומר של החלבון הבונה את האינטרמידיאנט פילמנטס הוא ברובו אלפא-הליקס.שני מונומרים בונים דימר שהוא coiled coil - שני הליקסים מלופפים זה סביב זה, כאשר קצוות קרבוקס' צמודים, וקצוות אמינים צמודים.שני דימרים עוברים אסוציאציה ובונים טטרהמר -  הפעם בתנוחת 69 קצה קרבוקס' של דימר אחד לקצה אמיני של דימר שני.שני טטרהמרים בונים אוקטהמר וכך זה ממשיךאנחנו מקבלים משטח של 8 טטרהמרים שהמשטח מקבל טוויסט לחבל שקוטרו 10 ננומטר.זהו מבנה מאוד מאוד חזק אך גמיש באותו זמן. הם הרבה יותר חזקים מכל סוג אחר של ציטוסקלטון. ממברנת התא מאוד חלשה, ואם לא היה מבנה חזק שיחזיק אותה היא היתה עוברת פירוק ספונטני. מבנה זה ברובו הוא אינטרמידיאנט פילמנטים.  בתאים שונים יש חלבונים שונים הבונים את הפילמנטים הללו:בתאי אפיטל - keratinsברוב סוגי התאים - vimentin & vimentin-related (רקמת חיבור, שריר, נוירוגליה...)

נוירונים - neurofilaments

 כולם באותו מבנה של מונומר, דימרים, טטרהמרים וחבל חזק העשוי מהמבנה, ואותו תפקיד - לחזק את התא.. מקרה יוצא דופן - יש סוג מיחוד של אינטרמידיאנט פילמנטס המצויים בתוך הגרעין - nuclear lamina. הם נמצאים בכל התאים האאוקריוטים.גם שם מטרתם לתת חוזק לממברנת הגרעין, הם מתחת ממברנת הגרעין.נמצאים בין הממברנה לכרומטין שבתוך הגרעין.באיזור של ה nuclear pore אין פילמנטים תחתיו.הסיבים בגרעין לא בכל מקום אלא רק שכבה סביב הממברנה, כי כל האמצע עמוס ב ד.נ.א. מיטוזה: במיטוזה הגרעין מתפרק. עכשיו הלמינה היא מבנה מאוד חזק ויש קודם כל לפרק אותה. ע"י זירחון של ה nuclear lamina , בפירוק של ATP. הפירוק הוא לא דגרדציה, אלא פירוק לתת יחידות. לאחר המיטוזה יש בנייה מחדש של הלמינה בכל גרעין חדש, ע"י דה פוספורילציה.  ACTIN FILAMENTS ידוע עליו הרבה יותר דברים, הם חשובים לתנועה של התא.מבנה האקטין: שורה של מונומרים של אקטין גלובולרי, וכל מונומר נכנס בסיב, ויוצר פולימר כמו שרשרת חרוזים. כל מונומר בסיס הוא בעל אותה כיווניות. יוצא שלסיב יש כיווניות - / +. (זה לא חשמלי, רק מסמן כיווניות של המונומרים)קוטר כל סיב 7 ננומטר.רוב סיבי האקטין קרובים לממברנה הפלסמתית, ואף קשורים אליה.האקטין נקשר לחלבון אחר שקוראים לו spectrin. הספקטרין קשור לממברנה הפלסמתית דרך חלבונים טרנס ממברנלים כך שרשת האקטין קשורה ממש לממברנה.תפקיד האקטין:

1. לתת צורה לתאים (למשל: לאפיתל יש צורה של מיקרוויליף בתוך המיקרווילי יש סיבי אקטין שנותנים את הצורה המשוננת של המיקרווילי, כל סוג תא בעל צורה מקבל את צורתו מהאקטין - לדוגמה תא שנראה כמו אוהל, "מוטות" האוהל שנותנים את הצורה הם סיבי אקטין)
2. תנועה. לתא יש שלוחות כמו זרועות של תמנון שבתוכן סיבי אקטין והתנועה נעשית על ידיהם
3. חלוקת התא - בשלב שהתא כבר מתחלק נוצרת contractile ring שחונק ומפריד בין תאי הבת - הטבעת עשויה אקטין.

  ACTIN BINDING PROTEINS  - 

המונומרים של האקטין הם אקטין גלובולרי - G ACTIN. המונומרים בונים סיבים שנקראים

.F-ACTIN לקצה סיב האקטין מתחבר nucleating protein, ומשם מתחיל הפולימריזציה של הסיב. החלבונים הללו יכולים להיות או לא להיות מחוברים לממברנה הפלסמתית.לצידי האטין נקשרים  bundling protein. סוגים נוספים של חלבונים שנקשרים אל אקטין:Motor proteins  - מאפשרים תנועה של וסיקולות על הסיבים, וגם תנועה של הסיביםCross linking protain - מחברים צמתים אנכיים בין שני סיבים מאונכים זה לזהCapping (end blocking) protein - מתיישב על הקצה בסוף הפולימריזציה וחוסם אותו, מייצב מפני פירוק (נמצא מהצד השני של הnucleating). Side binding - חלבון מאורך כמו חוט לאורן סיב האקטין, גם כן מייצב. בניית הסיב:המונומרים של ה אקטין קשורים ל ATP.נכנסים לסיב בעדיפות לקצה ה +. אחרי כמה זמן יש הידרוליזה של ATP ל ADP, אז הסיב הופך לפחות יציב ויש פירוק מקצה מינוס. זה לא רק בנייה  מ+ ופירוק מ _ אך יש לכך עדיפות!(במיקרוטובולי גם הפירוק וגם הבנייה מקצה ה + כי ה - קשור לצנטרוזום, באקטין אין את ההגבלה הזאת).בשביל לקבל בנייה צריכים להיות מונומרים קשורים לATP. Nucleation - התחלת הבנייה, להתחלה קוראים nucleaus. זה יכול לקרות עם או בלי חלבון nucleating protein. הנוקלאוס הוא טטרהמר (4 יח') וכבר יש לו כיווניות + / -.

לאחר מכן -

Elongation - משני הקצוות, אך הרבה יותר מהר מה +.Steady state - מצב שבו יש בניה מצד אחד ופירוק בצד השני בו זמנית.Critical concentration -  ריכוז מונומרים של אקטין שגורם לבנייה באותו קצב של פירוק.אם ריכוז המונומרים עולה - תהיה יותר בנייה מפירוק - above critical concentrationאם הריכוז נמוך - יש פירוק. (משני הצדדים! אך יותר מה -)יש שו"מ בין המונומרים והסיבים.הקצה המינוס:אם ריכוז המונומרים מאוד גבוה, יש בנייה גם מהקצה המינוסאם הריכוז מאוד נמוך - יש פירוק מהקצה -.בריכוז מסויים - הריכוז הקריטי - יש בנייה ופירוק באותו קצב. הקצה הפלוס:אם ריכוז המונומרים גבוה יש בנייה (יותר מאשר במינוס)אם הריכוז נמוך יש פירוק (פחות מבמינוס)ניתן לראות כי הריכוז הקריטי של הקצה הפלוס הוא ריכוז הרבה יותר נמוך מאשר של המינוס. בכל אותם ריכוזים בין הריכוז הקריטי של ה - ובים הקריטי של  ה + יהיה לנו בנייה ב + ופירוק ב -.למצב זה קוראים treadmilling.בקורטקס התא יש ריכוז גבוה של אקטין. הקצה ה + תמיד קרוב לממברנה הפלסמתית וה - תמיד רחוק.אותה בנייה ופירוק מהצד השני הוא שגורם לתנועה של התא כמו חילזון!!!לא רק תנועה ה treadmilling מספיקה, אלא יש גם את אפקט הרשת כפי שנראה בהמשך.* בתרדמילינג לא בהכרח ישאר באותו גודל, ייתכן שיהיה יותר/פחות פירוק מבנייה, אך חשוב להבין שמצב זה מאפשר תנועה. בקורטקס התא (כל האיזור הקרוב לממברנה)  יש רשת צפופה של אקטין בכל הכיוונים אך במיוחד עם קצה + קרוב לממברנה.בצד הקידמי של התא, הצד שלכיוון התנועה יש שלוחות לכיוון התנועה, משני סוגים:דקות, הנקראות filopodium ועבות הקנראות lamellipodium. הפליו' הם ממש מקבילים זה לזה, ואילו הלמללי' לא ממש מקבילים אך עדיין בכיווניות כללית של + לכיוון הממברנה.מה שנותן את ההקבלה המדוייקת בפילופודיום בין הסיבים הם חלבונים הנקשרים מהצד כמו שראינו קודם -  parallel bundle tight packing. 

חלבונים נוספים הנקשרים לאקטין ומבקרים מבנה ותנועה:

1.                                                    capping protein - תמיד בקצה ה+, קרוב לממברנה, מאפשר בנייה מהקצה ה+ ולא פירוק

2.                                                    depolymerizing protein - נמצאים באיזור המינוס

3.                                                    ARP complex -  actin related protein - הקומפלקס נקשר לצד של סיב מסויים ומתחיל ממנו בניחיה של סיב חדש, כך מתקבל עץ, רשת של התפצלויות.

 כל החלבונים הנ"ל, יחד עם ריכוז המונומרים , מבקרים את תנועת הטרדמיל ובכך את תנועה התא. אם יש פירוק של הסיב, ה ARP יוצא ואפשר להשתמש בו שוב ACTIN AND CELL MOVEMENTפיברובלסט - סוג של תא - רואים ששלוחות האקטין שלוחות קדימה כקובץ זרועות דביקות.גם בקצה של אקסון יש שלוחות מלאות אקטין.מה קורה בשלוחות? בתוך כל שלוחה יש סיבי אקטין (הרבה סיבים במקביל), ובקצה השלוחה יש חלבון המקשר את הסיב לממברנה. במקרה של פילופודיום שנבנה מהקצה ה+, הבנייה או ה"טרדמיל" פשוט דוחפת את הממברנה קדימה.החלבונים המקשרים שהם טרנס ממברנליים נקראים INTEGRINS.  מה מכוון את התנועה לכיוון מסויים?מה שמכוון הם סיגנלים המגיעים מחוץ לתא:Chemotaxis - תנועה כימית, סיגנל כימי שגורם לאקטין להבנות בכיוון אחד ולא אחר (למשל הפרשה של חיידק שמושכת אליו את המאקרופאג').Phototaxis - תנועה לכיוון האור, ציאנובקטריות (חד תאיים שזקוקים לאור) - ינועו לכיוון הואר. ניוטרופיל - סוג של תא לבן בזרם הדם שבעת תגובה אימוניות יודע להגיע לחיידק ולבלוע אותו - התנועה היא  chemotaxi ע"י סיבי האקטין (סרט). *** הקישור של האקטין לממברנה לא מונע בנייה - יש ניתוק לשנייה, כניסה של מונומר וחיבור... *** בעת התנועה של התא מגיעים מונומרים לאיזור הבנייה כדי לשמור על ריכוז מתאים.כאשר התא נע על משטח מסויים הוא יוצר מספר איזורי חיבור למשטח. בכל פעם שנבנית שלוחה חדשה של תנועה, נוצרים גם לאורכה נקודות קישור למשטח שעליו חלה התנועה. נקודות הקישור הקודמות מתנתקות.נקודות הקישור נקראות - focal contacts. בסוף התנועה נכנס חלבון מנוע - מיוזין II שגורם לכיווץ ה"תחת" של התא וכך הוא מתקדם קדימה. חלבוני מנוע תלויי אקטין: 

1.                                  myosin-1  אורך כ 70 ננומטר, הזנב נקשר למטען cargo -  לוסיקולות או לחלבונים. יש לו זנב וראש אחד.

2.                                  myosin II - זנב כפול שיוצר סליל כפול (אחד) ושני ראשים

3.                                  myosin II filament -  פולימר של מיוזין II. מתקבל סיב של מיוזין.

 מיוזין I - המיוזין נע על גבי האקטין כשהוא קשור לוסיקולה. תמיד התנועה היא לכיוון ה +, הקרוב לממברנה. יותר ממיוזין אחד יכול להיות קשור לוסיקולה אחת!!! אפשרות נוספת: במקום שהמיוזין יהיה קשור למטען, המיוזין קשור לממברנה הפלסמתית עצמה. סיב האקטין חופשי!!! בעצם הסיב ינוע על גבי כמה וכמה מיוזינים המסודרים בשורה וקשורים לממברנת התא. במקרה זה הסיב נע עם כיוון ה - שלו כלפי התנועה... המיוזינים כאילו מתקדמים אל ה + כמו קודם. מיוזין II - לסיב של מיוזין II יש ראשים לשני הכיוונים. כל קובץ ראשים מזיז סיב אקטין לכיוון מנוגד, כך מתקבלת תנועה יחסית בין שני סיבי אקטין (למשל - התכווצות).  שלבי התנועה:1.                                extension - פולימריזציה של סיבי אקטין בקצה המוביל, תוך דחיפת הממברנה ויצירת למלפוד.

2.                                adhesion - הלמלפוד (השלוחה) יוצרת נקודות חיבור - adhesion site

3.                                translocation - תנועת כיווץ, תנועה בין הסיבים כמו בדוגמה האחרונה, שחלה בין אקטין ומיוזין בשלוחה עצמה גורמת לגוף התא להתקדם

4.                                de-adhesion -  אחורי התא משתחררים מה adhesion sites שלהם וזזים קדימה.

     מקרה מיוחד של תנועהתא שריר - מכיל sarcomeres - אלו הן יחידות הבנויות ממיופיברילים. על גבי המיופיבריל רואים במיקרוסקופ קויים יותר בהירים ויותר כהים. האיזורים הכהים יותר הם סיבים של מיוזין II (thick filaments).האיזורים הבהירים הם סיבי אקטין(thin filaments). כל סיב אקטין קשור אל Zdisc - זהו קומפלקס חלבונים. הרבה חלבונים מעורבים במיופיברילים. בהתכווצות: יש תנועה של סיבי האקטין מעל סיבי המיוזין. בעצם חל כיווץ והתקרבות של שני סיבי אקטין שהם על ראשי מיוזין בעלי כיוון נתנועה מנוגד - זה כלפי זה.תמיד הקצה + של האקטין קשור לZdisc  אבל שני דיסקים זה מול זה זה אומר שהאקטינים מכל דיסק הם אנטי פרללים זה לזה ולכן האקטינים שניהם נעים כלפי המרכז גם מימין וגם משמאל - הקומפלקס כולו מתכווץ בגודלו מבלי שיש הקטנה של הסיבים.(כל קומפלקס כזה הוא סרקומר, והשריר בנוי מהרבה כאלה - כשכולם מתכווצים - השריר מתכווץ) חלבון נוסף - tittin - מעיין קפיץ ארוך הקשור לזי-דיסק ובקצהו השני קשור למיוזים. בעת כיווץ של הסרקומר ה"קפיץ נמתח" ובעת חזרה של הסרקומר לאורכו המקורי הפקיץ נרפה. הוא מהווה חלק מה"חזרה לשגרה" של השריר - מסייע לו להמתח בחזרה לאחר התכווצות. תנועה של אקטין /  מיוזין: ראש המיוזין קשור למונומר של אקטין בתוך הסיב.ATP נקשר לראש של המיוזין וגורם לניתוקו של האקטין (שינוי קונפורמטיבי במיוזין)יש הידרוליזה של ADP ל ATP - שינוי קונפ' נוסף במיוזין הגורם לו לנוע מעט, לשנות זווית, אך עדיין הפוספט שנותק קשור למיוזין עצמו והמיוזין מחזיק באנרגיה שלו.בשלב הבא יוצא הפוספט שהתנתק מהATP ואז יש קישור של המיודין למונומר הבא.כאת יש יציאה של ה ADP וזה גורם למיוזין לחזור לזווית הקודמת שלו.קיבלנו תנועה של הסיב שמאלה ושל המיוזין ימינה.