على الرغم من عدم وجود نموذج عالي الدقة للشكل الخيطي للأكتين حاليًا ، فقد تمكن فريق صوايا في عام 2008 من إنتاج نموذج أكثر دقة لهيكله استنادًا إلى بلورات متعددة من ثنائيات الأكتين التي ترتبط في أماكن مختلفة. تم تنقيح هذا النموذج لاحقًا بواسطة صوايا ولورنز.نهج أخرى مثل استخدام المجهر البرد الإلكترون و الإشعاع السنكروترون سمحت مؤخرا زيادة دقة وفهم أفضل لطبيعة التفاعلات والتغيرات متعلق بتكوين المتورطين في تشكيل الأكتين خيوط.
على الرغم من عدم وجود نموذج عالي الدقة للشكل الخيطي للأكتين حاليًا ، فقد تمكن فريق صوايا في عام 2008 من إنتاج نموذج أكثر دقة لهيكله استنادًا إلى بلورات متعددة من ثنائيات الأكتين التي ترتبط في أماكن مختلفة. تم تنقيح هذا النموذج لاحقًا بواسطة صوايا ولورنز.نهج أخرى مثل استخدام المجهر البرد الإلكترون و الإشعاع السنكروترون سمحت مؤخرا زيادة دقة وفهم أفضل لطبيعة التفاعلات والتغيرات متعلق بتكوين المتورطين في تشكيل الأكتين خيوط.
== بناء ==
الأكتين في الأمينية تسلسل الحمض هو واحد من أكثر جداالحفاظ عليها من البروتينات لأنها قد تغير يذكر على مدىتطور ، واختلاف بنسبة لا تزيد على 20٪ في الأنواعمختلفة مثل الطحالب و البشر . <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Complementary DNA sequence of a human cytoplasmic actin: Interspecies Divergence of 3′ non-coding regions|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022283683901171|journal=Journal of Molecular Biology|date=1983-02-05|issn=0022-2836|pages=673–678|volume=163|issue=4|DOI=10.1016/0022-2836(83)90117-1|language=en|first=Israel|last=Hanukogle|first2=Naoko|last2=Tanese|first3=Elaine|last3=Fuchs}}</ref>ولذلك يعتبر أن لديهاهيكل أمثل .<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The evolution of compositionally and functionally distinct actin filaments|last=Gunning|first5=Robert C.|last4=Popp|first4=David|last3=Whitaker|first3=Shane|last2=Ghoshdastider|first2=Umesh|first=Peter W.|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25788699/|DOI=10.1242/jcs.165563|issue=11|volume=128|pages=2009–2019|PMID=25788699|issn=1477-9137|date=2015-06-01|journal=Journal of Cell Science|last5=Robinson}}</ref> وله سمتان مميزتان: إنه إنزيم يحلل ببطءATP ، "عملة الطاقة العالمية" للعمليات البيولوجية. ومع ذلك ، فإن ATP مطلوب من أجل الحفاظ على سلامتها الهيكلية. يتكون هيكلها الفعال من هيكل فريد تقريبًاعمليةالطي . بالإضافة إلى ذلك ، فهو قادر على إجراء تفاعلات أكثر من أي بروتين آخر ، مما يسمح له بأداء مجموعة متنوعة من الوظائف أكثر من البروتينات الأخرى في كل مستوى من مستويات الحياة الخلوية تقريبًا. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The evolution of compositionally and functionally distinct actin filaments|first=Peter W.|first5=Robert C.|last4=Popp|first4=David|last3=Whitaker|first3=Shane|last2=Ghoshdastider|first2=Umesh|last=Gunning|language=en|url=https://jcs.biologists.org/content/128/11/2009|DOI=10.1242/jcs.165563|issue=11|volume=128|pages=2009–2019|PMID=25788699|issn=0021-9533|date=2015-06-01|journal=Journal of Cell Science|last5=Robinson}}</ref> الميوسين هو مثال على بروتين يرتبط بالأكتين. مثال آخر هو الشرير ، الذي يمكنه نسج الأكتين إلى حزم أو قطع الخيوط اعتمادًا على تركيز كاتيونات الكالسيوم في الوسط المحيط. <ref>{{استشهاد بكتاب|title=Biologia Celular|url=https://books.google.com/books?id=54vSCCv33pYC|publisher=Elsevier España|date=2002-02|ISBN=978-84-458-1105-4|language=es|author1=Marc}}</ref>
الأكتين هو أحد البروتينات الأكثر وفرة في حقيقيات النوى، حيث يوجد في جميع أنحاء السيتوبلازم. <ref>{{استشهاد بكتاب|title=Biologia Celular|url=https://books.google.com/books?id=54vSCCv33pYC|publisher=Elsevier España|date=2002-02|ISBN=978-84-458-1105-4|language=es|author1=Marc}}</ref> في الواقع ،تشكل الألياف العضلية 20٪ من البروتين الخلوي الكلي بالوزن وما بين 1٪ و 5٪ في الخلايا الأخرى. ومع ذلك ، لا يوجد نوع واحد فقط من الأكتين ؛ و الجينات التي تم تعريفها رمز لالأكتين بمثابة عائلة الجينات (عائلة في النباتات تحتوي على أكثر من 60 عناصر، بما في ذلك الجينات و الجينات الكاذبة وفي البشر أكثر من 30 عناصر). <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Human actin genes are single copy for alpha-skeletal and alpha-cardiac actin but multicopy for beta- and gamma-cytoskeletal genes: 3' untranslated regions are isotype specific but are conserved in evolution.|first=P|first4=L|last3=Blau|first3=H|last2=Gunning|first2=P|last=Ponte|issue=10|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC370040/|volume=3|pages=1783–1791|PMID=6646124|issn=0270-7306|date=1983-10|journal=Molecular and Cellular Biology|last4=Kedes}}</ref>هذا يعني أن المعلومات الجينية لكل فرد تحتوي على تعليمات تولد متغيرات أكتين (تسمى الأشكال الإسوية) التي تمتلك وظائف مختلفة قليلاً. وهذا بدوره يعني أن الكائنات حقيقية النواة تعبر عن جينات مختلفة تؤدي إلى: α-actin ، الموجود في الهياكل الانقباضية ؛ β-actin ، الموجود عند الحافة المتوسعة للخلايا التي تستخدم إسقاط هياكلها الخلوية كوسيلة للتنقل ؛ وبيتا-أكتين الموجود في خيوط ألياف الإجهاد . <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Book sources|url=https://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/978-1-4292-3413-9|journal=Wikipedia|language=en}}</ref> بالإضافة إلى أوجه التشابه الموجودة بين الأشكال الإسوية للكائن ، هناك أيضًا حماية تطورية في التركيب والوظيفة حتى بين الكائنات الحية الموجودة في مجالات حقيقية النواة المختلفة . في البكتيريا ، يكون متماثل الأكتين MreBتم التعرف عليه ،<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The evolution of compositionally and functionally distinct actin filaments|first=Peter W.|first5=Robert C.|last4=Popp|first4=David|last3=Whitaker|first3=Shane|last2=Ghoshdastider|first2=Umesh|last=Gunning|language=en|url=https://jcs.biologists.org/content/128/11/2009|DOI=10.1242/jcs.165563|issue=11|volume=128|pages=2009–2019|PMID=25788699|issn=0021-9533|date=2015-06-01|journal=Journal of Cell Science|last5=Robinson}}</ref> وهو بروتين قادر على البلمرة إلى خيوط دقيقة ؛ وفي العتائق يكون المتماثل Ta0583 أكثر تشابهًا مع الأكتينات حقيقية النواة. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=An Actin Homolog of the Archaeon Thermoplasma acidophilum That Retains the Ancient Characteristics of Eukaryotic Actin|last2=Yamashiro|first8=Akihiko|last7=Hisanaga|first7=Shin-ichi|last6=Yasunaga|first6=Takuo|last5=Yokobori|first5=Shin-ichi|last4=Ohta|first4=Yoshinori|last3=Nemoto|first3=Naoki|first2=Kan|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1855749/|last=Hara|first=Futoshi|DOI=10.1128/JB.01454-06|issue=5|volume=189|pages=2039–2045|PMID=17189356|PMCID=1855749|issn=0021-9193|date=2007-3|journal=Journal of Bacteriology|last8=Yamagishi}}</ref>
يحتوي الأكتين الخلوي على شكلين: كريات أحادية تسمى G-actin وخيوط بوليمرية تسمى F-actin (أي كخيوط مكونة من العديد من مونومرات G-actin). يمكن أيضًا وصف F-actin بأنه خيوط دقيقة. يجب أن تدور خصلتان متوازيتان من نوع F-actin بمقدار 166 درجة لتستقر بشكل صحيح فوق بعضها البعض. يؤدي هذا إلى إنشاء الهيكل الحلزوني المزدوج للألياف الدقيقة الموجودة في الهيكل الخلوي. يبلغ قطر الألياف الدقيقة حوالي 7 نانومترمع تكرار اللولب كل 37 نانومتر. يرتبط كل جزيء من الأكتين بجزيء من ثلاثي فوسفات الأدينوسين (ATP) أو ثنائي فوسفات الأدينوسين (ADP) المرتبط بـ Mg <sup>2+</sup>الكاتيون. أكثر أشكال الأكتين شيوعًا ، مقارنة بجميع التركيبات الممكنة ، هي ATP-G-Actin و ADP-F-actin. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Crystal Structure of Monomeric Actin in the ATP State STRUCTURAL BASIS OF NUCLEOTIDE-DEPENDENT ACTIN DYNAMICS|url=http://www.jbc.org/content/278/36/34172|journal=Journal of Biological Chemistry|date=2003-09-05|issn=0021-9258|PMID=12813032|pages=34172–34180|volume=278|issue=36|DOI=10.1074/jbc.M303689200|language=en|first=Philip|last=Graceffa|first2=Roberto|last2=Dominguez}}</ref>
=== G- أكتين ===
[[ملف:G-actin subdomains.png|تصغير|نموذج الشريط من الأكتين المستخرجة من الأنسجة العضلية المخططة من الأرانب بعد Graceffa ودومينغيز، 2003. وأربعةنطاقات فرعية يمكن أن ينظر إليه، فضلا عن N و C ترميني والموقف من السندات ATP. و جزيء موجه باستخدام اصطلاح المعتادة من وضع - النهاية (نهاية مدببة) في الجزء العلوي ونهاية + (نهاية الشائكة) في الجزء السفلي]]
تشير صور المجهر الإلكتروني الماسح إلى أن G-actin له بنية كروية ؛ ومع ذلك ، يوضح علم البلورات بالأشعة السينية أن كل من هذه الكريات تتكون من فصين يفصل بينهما شق. تمثل هذه البنية "طية ATPase" ، وهي مركزالتحفيز الأنزيمي الذي يربط ATP و Mg <sup>2+</sup> ويتحلل السابق بـ ADP بالإضافة إلى الفوسفات . هذه الطية عبارة عن حافز هيكلي محفوظ يوجد أيضًا في البروتينات الأخرى التي تتفاعل مع نيوكليوتيدات ثلاثي الفوسفات مثل هيكسوكيناز (إنزيم يستخدم في استقلاب الطاقة ) أو فيبروتينات Hsp70 (عائلة بروتينية تلعب دورًا مهمًا في طي البروتين). G-actin إلا عندما يحتوي إما على ADP أو ATP في شقه ولكن الشكل المرتبط بـ ATP يسود في الخلايا عندما يكون الأكتين موجودًا في حالته الحرة.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Crystal Structure of Monomeric Actin in the ATP State STRUCTURAL BASIS OF NUCLEOTIDE-DEPENDENT ACTIN DYNAMICS|url=http://www.jbc.org/content/278/36/34172|journal=Journal of Biological Chemistry|date=2003-09-05|issn=0021-9258|PMID=12813032|pages=34172–34180|volume=278|issue=36|DOI=10.1074/jbc.M303689200|language=en|first=Philip|last=Graceffa|first2=Roberto|last2=Dominguez}}</ref>
و البلورات بالأشعة السينية نموذج من الأكتين التي تم إنتاجها من قبل Kabsch من الأنسجة العضلية المخططةمن الأرانب هو الأكثر شيوعا في الدراسات البنيوية كما كان أول من تنقيته . وG-الأكتين تبلورت من خلال Kabsch حوالي 67 × 40 × 37 Å في الحجم، لديها الكتلة الجزيئيةمن 41785 دا ويقدر نقطة تساوي الكهربائية من 4.8. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Complete Amino-Acid Sequence of Actin of Rabbit Skeletal Muscle|first=Marshall|first4=Robert S.|last3=Kuehl|first3=W. Michael|last2=Collins|first2=John H.|last=Elzinga|issue=9|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC427084/|volume=70|pages=2687–2691|PMID=4517681|issn=0027-8424|date=1973-09|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|last4=Adelstein}}</ref>في صافي تهمة في درجة الحموضة = 7 هو -7
; الهيكل الأساسي
حدد Elzinga وزملاؤه لأول مرة تسلسل الببتيد الكامل لهذا النوع من الأكتين في عام 1973 ، مع عمل لاحق لنفس المؤلف أضاف مزيدًا من التفاصيل إلى النموذج. يحتوي على 374 بقايا من الأحماض الأمينية . في N-محطة هي غاية الحمضية ويبدأ مع acetyled اسبارتاتي في مجموعة الأمينية. في حين أن C-محطة هي القلوية وشكلت من قبلالفنيل الأنين يسبقه السيستين ، والتي لديها درجة من الأهمية الوظيفية. كلا الطرفين على مقربة من النطاق الفرعي I. شذوذ ''N'' <sup>τ</sup> -methylhistidineيقع في الموقع 73. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The primary structure of actin from rabbit skeletal muscle. Completion and analysis of the amino acid sequence|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1150665/|journal=The Journal of Biological Chemistry|date=1975-08-10|issn=0021-9258|PMID=1150665|pages=5915–5920|volume=250|issue=15|first=J. H.|last=Collins|first2=M.|last2=Elzinga}}</ref>
; الهيكل الثالث - المجالات
ويتكون الهيكل العالي من قبل اثنين من المجالات المعروفة باسم الكبيرة والصغيرة، التي تكون مفصولة شق تتمحور حول موقع السندات مع ATP - ADP + P <sub>ط</sub> . يوجد أسفل هذا شق أعمق يسمى "الأخدود". في الولاية الأصلية ، على الرغم من أسمائهم ، كلاهما لهما عمق مماثل. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Complete Amino-Acid Sequence of Actin of Rabbit Skeletal Muscle|first=Marshall|first4=Robert S.|last3=Kuehl|first3=W. Michael|last2=Collins|first2=John H.|last=Elzinga|issue=9|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC427084/|volume=70|pages=2687–2691|PMID=4517681|issn=0027-8424|date=1973-09|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|last4=Adelstein}}</ref>
الاصطلاح العادي في الطوبولوجي تعني الدراسات أن البروتين يظهر بأكبر مجال على الجانب الأيسر وأصغر مجال على الجانب الأيمن. في هذا الموضع ، ينقسم النطاق الأصغر بدوره إلى قسمين: المجال الفرعي الأول (الموضع السفلي ، المخلفات 1–32 ، 70-144 ، 338-374) والمجال الفرعي الثاني (الموضع العلوي ، المخلفات 33-69). ينقسم النطاق الأكبر أيضًا إلى قسمين: المجال الفرعي III (السفلي ، المخلفات 145-180 و 270-337) والمجال الفرعي IV (الأعلى ، المخلفات 181-269). يشار إلى المناطق المكشوفة للنطاقين الفرعيين الأول والثالث بالنهايات "الشائكة" ، بينما تسمى المناطق المكشوفة للنطاقين الثاني والرابع بالنهايات "المدببة". تشير هذه التسمية إلى حقيقة أنه ، نظرًا للكتلة الصغيرة للنطاق الفرعي الأكتين الثاني هو قطبي ؛ ستتم مناقشة أهمية هذا أدناه في المناقشة حول ديناميكيات التجميع.يدعي بعض المؤلفين المجالات الفرعية Ia و Ib و IIa و IIb ،
; هياكل مهمة أخرى
وأبرز هيكل ثانوي هو ورقة بيتا من خمس سلاسل تتكون من β-تعرج ووحدة β-α-β في اتجاه عقارب الساعة. إنه موجود في كلا المجالين مما يشير إلى أن البروتين نشأ من تكرار الجينات.
* يقع موقع ربط نوكليوتيد الأدينوزين بين بنيتين على شكل دبوس شعر بيتا تتعلقان بالمجالات I و III. البقايا المتورطة هي Asp11-Lys18 و Asp154-His161 على التوالي.
* يقع موقع الارتباط الكاتيوني ثنائي التكافؤ أسفل موقع نوكليوتيد الأدينوزين. غالبًا ما يتم تكوينه ''في الجسم الحي'' بواسطة Mg <sup>2+</sup> أو Ca <sup>2+</sup> بينما يتم تكوينه ''في المختبر'' من خلال هيكل مخلب يتكون من Lys18واثنين من الأكسجين من النوكليوتيدات α-and- فوسفات . يتم تنسيق هذا الكالسيوم مع ستة جزيئات ماء يتم الاحتفاظ بها بواسطة الأحماض الأمينية Asp11 و Asp154 و Gln137. تشكل معقدًا مع النيوكليوتيد الذي يقيد حركات ما يسمى بالمنطقة "المفصلية" ، الواقعة بين البقايا 137 و 144. هذا يحافظ على الشكل الأصلي للبروتين حتى يفسد انسحابه مونومر أكتين. هذه المنطقة مهمة أيضًا لأنها تحدد ما إذا كان شق البروتين في التشكل "المفتوح" أو "المغلق". <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Crystal Structures of Expressed Non-polymerizable Monomeric Actin in the ADP and ATP States|first=Mark A.|first5=Kathleen M.|last4=Lowey|first4=Susan|last3=Joel|first3=Peteranne B.|last2=Wan|first2=Qun|last=Rould|language=en|url=http://www.jbc.org/content/281/42/31909|DOI=10.1074/jbc.M601973200|issue=42|volume=281|pages=31909–31919|PMID=16920713|issn=0021-9258|date=2006-10-20|journal=Journal of Biological Chemistry|last5=Trybus}}</ref>
* من المحتمل جدًا وجود ثلاثة مراكز أخرى على الأقل ذات تقارب أقل (وسيط) وأخرى ذات تقارب منخفض للكاتيونات ثنائية التكافؤ. لقد تم اقتراح أن هذه المراكز قد تلعب دورًا في بلمرة الأكتين من خلال العمل أثناء مرحلة التنشيط.
* هناك بنية في فرعي 2 الذي يسمى "D-حلقة" لأنه يربط مع الدناز I ، وهي تقع بين His40 و Gly48 المخلفات. لها مظهر عنصر غير منظم في غالبية البلورات ، لكنها تبدو مثل ورقة β عندما تكون معقدة مع DNase I. وقد تم اقتراح أن الحدث الرئيسي في البلمرة هو على الأرجح انتشار تغيير توافقي من مركز الرابطة مع النيوكليوتيدات إلى هذا المجال ، والذي يتغير من حلقة إلى لولب. ومع ذلك ، تم دحض هذه الفرضية من قبل دراسات أخرى. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Crystal Structures of Expressed Non-polymerizable Monomeric Actin in the ADP and ATP States|first=Mark A.|first5=Kathleen M.|last4=Lowey|first4=Susan|last3=Joel|first3=Peteranne B.|last2=Wan|first2=Qun|last=Rould|language=en|url=http://www.jbc.org/content/281/42/31909|DOI=10.1074/jbc.M601973200|issue=42|volume=281|pages=31909–31919|PMID=16920713|issn=0021-9258|date=2006-10-20|journal=Journal of Biological Chemistry|last5=Trybus}}</ref>
=== F- أكتين ===
وصف الكلاسيكية من F-الأكتين الدول التي لديها بنية
[[ملف:Actin_filament_atomic_model.png|تصغير|270x270بك|F- أكتين. التمثيل السطحي لتكرار 13 وحدة فرعية بناءً على نموذج خيوط أكتين لكين هولمز<ref name="Holmes_19902">{{cite journal|vauthors=Holmes KC, Popp D, Gebhard W, Kabsch W|title=Atomic model of the actin filament|journal=Nature|volume=347|issue=6288|pages=44–49|date=Sep 1990|pmid=2395461|doi=10.1038/347044a0|bibcode=1990Natur.347...44H|s2cid=4317981}}</ref>]]
الخيطية التي يمكن أن تعتبر واحدة الذين تقطعت بهم السبل أيسري التدوير الحلزون مع دوران 166 درجة حول محور حلزوني وترجمة المحورية 27.5 Å ، أو واحد الذين تقطعت بهم السبل ميمن الحلزون مع صليب على تباعد 350-380 Å ، مع كل أكتين محاطة بأربعة أخرى. <ref>{{استشهاد بكتاب|title=Bioquímica. Con aplicaciones clínicas|url=https://books.google.com/books?id=p3DCb9lTLx8C&q=la+miosina+se+une+a+la+actina+residuo&pg=PA1021|publisher=Reverte|date=2004|ISBN=978-84-291-7208-9|language=es|author1=Thomas M.}}</ref>تناظر بوليمر الأكتين عند 2.17 وحدة فرعية في كل دورة من اللولب غير متوافق مع تكوين البلورات ، وهو أمر ممكن فقط مع تناظر 2 أو 3 أو 4 أو 6 وحدات فرعية في كل دورة. لذلك ، يجب بناء نماذج تشرح هذه الحالات الشاذة باستخدام بيانات من المجهر الإلكتروني، المجهر الإلكتروني بالتبريد ، تبلور الثنائيات في أوضاع مختلفة وانحراف الأشعة السينية . <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Structure of the F–actin–tropomyosin complex|last=von der Ecken|first6=Stefan|last5=Penczek|first5=Pawel A.|last4=Manstein|first4=Dietmar J.|last3=Lehman|first3=William|last2=Müller|first2=Mirco|first=Julian|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4477711/|DOI=10.1038/nature14033|issue=7541|volume=519|pages=114–117|PMID=25470062|PMCID=4477711|issn=0028-0836|date=2015-03-05|journal=Nature|last6=Raunser}}</ref> وتجدر الإشارة إلى أنه ليس من الصحيح الحديث عن "بنية" لجزيء ديناميكي مثل خيوط الأكتين. في الواقع ، نتحدث عن حالات هيكلية متميزة ، حيث يظل قياس الترجمة المحورية ثابتًا عند 27.5 Å بينما تُظهر بيانات دوران الوحدة الفرعية تباينًا كبيرًا ، مع عمليات نزوح تصل إلى 10 ٪ من موقعها الأمثل الذي يُرى بشكل شائع. يبدو أن بعض البروتينات ، مثل cofilin ، تزيد من زاوية الانعطاف ، ولكن مرة أخرى يمكن تفسير ذلك على أنه إنشاء حالات هيكلية مختلفة. يمكن أن تكون هذه مهمة في عملية البلمرة. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Actin Structure and Function: What We Still Do Not Understand|url=http://www.jbc.org/content/282/50/36133|journal=Journal of Biological Chemistry|date=2007-12-14|issn=0021-9258|PMID=17965017|pages=36133–36137|volume=282|issue=50|DOI=10.1074/jbc.R700030200|language=en|first=Emil|last=Reisler|first2=Edward H.|last2=Egelman}}</ref>
هناك اتفاق أقل فيما يتعلق بقياسات نصف قطر الدوران وسماكة الفتيل: بينما حددت النماذج الأولى طولًا 25 ، تشير بيانات حيود الأشعة السينية الحالية ، المدعومة بالمجهر الإلكتروني بالتبريد ، إلى طول 23.7 Å. أظهرت هذه الدراسات نقاط الاتصال الدقيقة بين المونومرات. بعضها يتكون من وحدات من نفس السلسلة ، بين النهاية "الشائكة" على مونومر واحد والنهاية "المدببة" للجزء التالي. في حين أن المونومرات في السلاسل المجاورة تقوم بالاتصال الجانبي من خلال الإسقاطات من النطاق الفرعي IV ، مع أن أهم الإسقاطات هي تلك التي تكونت بواسطة الطرف C والوصلة الكارهة للماء المكونة من ثلاثة أجسام تتضمن بقايا 39-42 ، 201-203 ، و 286. هذا يشير النموذج إلى أن الخيط يتكون من المونومرات في تشكيل "صفيحة" ، حيث تدور النطاقات الفرعية حول نفسها ،MreB . <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The nature of the globular- to fibrous-actin transition|last=Oda|first5=Akihiro|last4=Maéda|first4=Yuichiro|last3=Aihara|first3=Tomoki|last2=Iwasa|first2=Mitsusada|first=Toshiro|url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2009Natur.457..441O/abstract|language=en|DOI=10.1038/nature07685|issue=7228|volume=457|pages=441–445|issn=0028-0836|date=2009-01|journal=Nature|last5=Narita}}</ref>
يعتبر بوليمر F-actin ذو قطبية هيكلية نظرًا لحقيقة أن جميع الوحدات الفرعية للخيوط الدقيقة تشير إلى نفس النهاية. يؤدي هذا إلى ظهور اصطلاح تسمية: النهاية التي تمتلك وحدة فرعية أكتين تعرض موقع ارتباط ATP الخاص بها تسمى "(-) النهاية" ، بينما يسمى الطرف المقابل حيث يتم توجيه الشق إلى مونومر مجاور مختلف بـ " (+) النهاية ". المصطلحات "مدببة" و "شائكة" تشير إلى طرفي الألياف الدقيقة مشتقة من مظهرها تحت المجهر الإلكتروني النافذ عند فحص العينات باتباع تقنية تحضير تسمى "زخرفة".. يشكل هذا الميوسين روابط قطبية مع مونومرات الأكتين ، مما يؤدي إلى تكوين يشبه الأسهم مع قاذفات الريش على طول عمودها ، حيث يكون العمود هو الأكتين والقفزات هي الميوسين. باتباع هذا المنطق ، فإن نهاية الخيوط الدقيقة التي لا تحتوي على أي ميوسين بارز تسمى نقطة السهم (- النهاية) وتسمى النهاية الأخرى بالنهاية الشائكة (+ النهاية).<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The visualization of actin filament polarity in thin sections. Evidence for the uniform polarity of membrane-associated filaments|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2110270/|journal=The Journal of Cell Biology|date=1978-12-01|issn=0021-9525|PMCID=2110270|PMID=569662|pages=846–852|volume=79|issue=3}}</ref> يتكون الجزء S1 من مناطق الرأس والرقبة للميوسين الثاني . في ظل الظروف الفسيولوجية ، يتم تحويل G-actin ( شكل المونومر ) إلى F-actin ( شكل البوليمر ) بواسطة ATP ، حيث يكون دور ATP ضروريًا.
تحتوي خيوط F-actin الحلزونية الموجودة في العضلات أيضًا على جزيء تروبوميوسين ، وهو بروتين بطول 40نانومترًا ملفوفًا حول حلزون F-actin. خلال مرحلة الراحة ، يغطي التروبوميوسين المواقع النشطة للأكتين بحيث لا يحدث تفاعل الأكتين والميوسين وينتج تقلصًا عضليًا. هناك جزيئات بروتينية أخرى منضمة إلى موضوع التروبوميوزين، وهذه هي troponins التي لديها ثلاثة البوليمرات: التروبونين I ، التروبونين T ، و تروبونين C . <ref>{{استشهاد بكتاب|title=Textbook of medical physiology|url=http://archive.org/details/textbookmedicalp09guyt|publisher=Philadelphia : Elsevier Saunders|date=2006|ISBN=978-0-7216-0240-0|author1=Arthur C.|first2=John E. (John Edward)|author2=Hall}}</ref>
=== قابلة للطي ===
يمكن أن يكتسب الأكتين تلقائيًا جزءًا كبيرًا من هيكله
[[ملف:Prefoldin.png|تصغير|نموذج الشريط الحصول عليها باستخدامPyMOL البرنامج على crystallographs ( PDB : 2ZDI ) من prefoldin البروتينات موجودة في الاركى ''Pyrococcus horikoshii'' . توجد الهياكل الستة الفائقة الثانوية في حلزون ملفوف "معلق" من براميل بيتا المركزية . وغالبا ما يتم مقارنة هذه في الأدب إلى مخالب منقناديل البحر . بقدر ما هو مرئي باستخدام المجهر الإلكتروني ، فإن حقيقيات النوى بريفولدين لها بنية مماثلة. .<ref name="Simons_2004" />
]]
الثالث . <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Structure of eukaryotic prefoldin and of its complexes with unfolded actin and the cytosolic chaperonin CCT|last3=Gómez-Puertas|first9=José M.|last8=Cowan|first8=Nicholas J.|last7=Bartolini|first7=Francesca|last6=Lewis|first6=Sally A.|last5=Simons|first5=C.Torrey|last4=Carrascosa|first4=José L.|first3=Paulino|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC136944/|last2=Boskovic|first2=Jasminka|last=Martín-Benito|first=Jaime|DOI=10.1093/emboj/cdf640|issue=23|volume=21|pages=6377–6386|PMID=12456645|issn=0261-4189|date=2002-12-02|journal=The EMBO Journal|last9=Valpuesta}}</ref> ومع ذلك ، فإن الطريقة التي يكتسب بها شكله الوظيفي الكامل من شكله الأصلي المركب حديثًا خاصة وفريدة تقريبًا في كيمياء البروتين. قد يكون سبب هذا المسار الخاص هو الحاجة إلى تجنب وجود مونومرات الأكتين المطوية بشكل غير صحيح ، والتي يمكن أن تكون سامة لأنها يمكن أن تعمل كمنهي بلمرة غير فعال. ومع ذلك ، فهي أساسية لتحقيق استقرار الهيكل الخلوي ، بالإضافة إلى أنها عملية أساسية لتنسيق دورة الخلية . <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Activities of the chaperonin containing TCP-1 (CCT): implications for cell cycle progression and cytoskeletal organisation.|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2673901/|journal=Cell Stress & Chaperones|date=2009-1|issn=1355-8145|PMCID=2673901|PMID=18595008|pages=23–31|volume=14|issue=1|DOI=10.1007/s12192-008-0057-x|first=Karen I.|last=Brackley|first2=Julie|last2=Grantham}}</ref>
مطلوب CCT للتأكد من أن الطي يتم بشكل صحيح. CCT هي مجموعة تشبيرونين من المجموعة الثانية ، وهي مركب بروتين كبير يساعد في طي البروتينات الأخرى. يتكون CCT من حلقة مزدوجة من ثماني وحدات فرعية مختلفة (غير متجانسة - ثماني النواة) ويختلف عن مرافقي المجموعة الأولى مثل GroEL ، الموجود في Eubacteria وفي عضيات حقيقية النواة ، لأنه لا يتطلب مساعدًا مساعدًاليكون بمثابة غطاء. فوق التجويف الحفاز المركزي . ترتبط الركائز بـ CCT من خلال مجالات محددة. كان يُعتقد في البداية أنه يرتبط فقط بالأكتين والتوبيولين ، على الرغم من أن دراسات الترسيب المناعي الحديثة أظهرت أنه يتفاعل مع عدد كبير من عديد الببتيدات ، والتي ربما تعمل مثلركائز . إنه يعمل من خلال التغييرات التوافقية المعتمدة على ATP والتي تتطلب أحيانًا عدة جولات من التحرير والحفز من أجل إكمال التفاعل. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=PhLP3 Modulates CCT-mediated Actin and Tubulin Folding via Ternary Complexes with Substrates|last2=Cuéllar|first8=Michel R.|last7=Melki|first7=Ronald|last6=Valpuesta|first6=José M.|last5=Beh|first5=Christopher T.|last4=Khadali|first4=Fatima El|last3=Alfaro|first3=Gabriel A.|first2=Jorge|url=http://www.jbc.org/content/281/11/7012|last=Stirling|first=Peter C.|language=en|DOI=10.1074/jbc.M513235200|issue=11|volume=281|pages=7012–7021|PMID=16415341|issn=0021-9258|date=2006-03-17|journal=Journal of Biological Chemistry|last8=Leroux}}</ref>
من أجل إكمال طيها بنجاح ، يحتاج كل من الأكتينوالتوبيولين إلى التفاعل مع بروتين آخر يسمى بريفولدين ، وهو مركب غير متجانس هكساميريكي (يتكون من ستة وحدات فرعية متميزة) ، في تفاعل محدد جدًا لدرجة أن الجزيئات قد تطورت معًا <sup>[ ''بحاجة لمصدر'' ]</sup> . مجمعات الأكتين مع البروفولدين بينما لا تزال قيد التكوين ، عندما يكون طولها حوالي 145 حمضًا أمينيًا ، وتحديداً تلك الموجودة في N-terminal.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Prefoldin–Nascent Chain Complexes in the Folding of Cytoskeletal Proteins|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2133115/|journal=The Journal of Cell Biology|date=1999-04-19|issn=0021-9525|PMCID=2133115|PMID=10209023|pages=265–277|volume=145|issue=2|first=William J.|last=Hansen|first2=Nicholas J.|last2=Cowan|first3=William J.|last3=Welch}}</ref>
تُستخدم وحدات تمييز فرعية مختلفة للأكتين أو التوبولين على الرغم من وجود بعض التداخل. في الأكتين ، تكون الوحدات الفرعية التي ترتبط بالبريفولدين هي على الأرجح PFD3 و PFD4 ، والتي ترتبط في مكانين ، أحدهما بين المخلفات 60-79 والآخر بين المخلفات 170-198. يتم التعرف على الأكتين وتحميله وتسليمه إلى مرافق عصاري خلوي (CCT) في شكل مفتوح من خلال النهاية الداخلية لـ "مخالب" بريفولدين (انظر الصورة والملاحظة). الاتصال عند توصيل الأكتين قصير جدًا بحيث لم يتم تشكيل مجمع العالي، وتحرير الفور prefoldin.
[[ملف:CCT_gamma_apical.png|تصغير|نموذج الشريط للمجال γ القمي لـ chaperoninCCT]]
نموذج الشريط للمجال γ القمي لـ chaperoninCCT ثم يتسبب CCT في الطي المتسلسل للأكتين عن طريق تكوين روابط مع وحداته الفرعية بدلاً من مجرد وضعه في تجويفه.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The inter-ring arrangement of the cytosolic chaperonin CCT|first2=Julie|first7=José M|last6=Willison|first6=Keith R|last5=Carrascosa|first5=José L|last4=Brackley|first4=Karen I|last3=Boskovic|first3=Jasminka|last2=Grantham|last=Martín-Benito|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1808031/|first=Jaime|DOI=10.1038/sj.embor.7400894|issue=3|volume=8|pages=252–257|PMID=17304242|PMCID=1808031|issn=1469-221X|date=2007-03|journal=EMBO Reports|last7=Valpuesta}}</ref> هذا هو السبب في أنها تمتلك مناطق تمييز محددة في مجالها القمي β. تتكون المرحلة الأولى من الطي من التعرف على المخلفات من 245 إلى 249. بعد ذلك ، تحدد المحددات الأخرى الاتصال. يرتبط كل من الأكتين والتوبيولين بـ CCT في مطابقة مفتوحة في غياب ATP. في حالة الأكتين ، يتم ربط وحدتين فرعيتين أثناء كل تغيير توافقي ، بينما يحدث ربط التوبولين بأربع وحدات فرعية. يحتوي الأكتين على تسلسلات ربط محددة ، والتي تتفاعل مع الوحدات الفرعية δ و β-CCT أو مع δ-CCT و ε-CCT. بعد ربط AMP-PNP بـ CCT ، تتحرك الركائز داخل تجويف المرافق. يبدو أيضًا أنه في حالة الأكتين ، فإنمطلوب بروتين CAP كعامل مساعد محتمل في حالات الطي النهائية للأكتين.
لا تزال الطريقة الدقيقة التي يتم بها تنظيم هذه العملية غير مفهومة تمامًا ، ولكن من المعروف أن البروتين PhLP3 (بروتين مشابه للفوسدوسين ) يثبط نشاطه من خلال تكوين مركب ثلاثي. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=PhLP3 Modulates CCT-mediated Actin and Tubulin Folding via Ternary Complexes with Substrates|last2=Cuéllar|first8=Michel R.|last7=Melki|first7=Ronald|last6=Valpuesta|first6=José M.|last5=Beh|first5=Christopher T.|last4=Khadali|first4=Fatima El|last3=Alfaro|first3=Gabriel A.|first2=Jorge|url=http://www.jbc.org/content/281/11/7012|last=Stirling|first=Peter C.|language=en|DOI=10.1074/jbc.M513235200|issue=11|volume=281|pages=7012–7021|PMID=16415341|issn=0021-9258|date=2006-03-17|journal=Journal of Biological Chemistry|last8=Leroux}}</ref>
=== آلية التحفيز ATPase ===
الأكتين هو أتباز ، مما يعني أنه هو الإنزيم الذيhydrolyzes ATP. تتميز هذه المجموعة من الإنزيمات بمعدلات تفاعلها البطيئة. من المعروف أن ATPase "نشط" ، أي أن سرعته تزداد بنحو 40.000 مرة عندما يشكل الأكتين جزءًا من خيوط. تبلغ القيمة المرجعية لمعدل التحلل المائي هذا في ظل الظروف المثالية حوالي 0.3ثانية <sup>-1</sup> . بعد ذلك ، يظل P <sub>i</sub> مرتبطًا بالأكتين بجوار ADP لفترة طويلة ، حتى يتم تحريره بشكل تعاوني من داخل الشعيرة. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Actin polymerization kinetics, cap structure, and fluctuations|issue=24|first3=Ben|last2=Yang|first2=Qingbo|last=Vavylonis|first=Dimitrios|DOI=10.1073/pnas.0501435102|volume=102|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1150824/|pages=8543–8548|PMID=15939882|PMCID=1150824|issn=0027-8424|date=2005-06-14|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|last3=O'Shaughnessy}}</ref>
لا تزال التفاصيل الجزيئية الدقيقة لآلية التحفيز غير مفهومة تمامًا. على الرغم من وجود الكثير من الجدل حول هذه المسألة ، يبدو من المؤكد أن التشكل "المغلق" مطلوب للتحلل المائي لـ ATP ، ويُعتقد أن البقايا المتضمنة في العملية تتحرك إلى المسافة المناسبة. و حمض الجلوتاميك Glu137 هي واحدة من بقايا الرئيسية، والذي يقع في نطاق فرعي 1. وتتمثل مهمتها في ربط جزيء الماء الذي ينتج هجوم أليف النواة على γ-الفوسفات ATP وفي السندات، في حين أن النيوكليوتيد مرتبط بشدة بالمجالات الفرعية 3 و 4. يرجع بطء العملية التحفيزية إلى المسافة الكبيرة والموضع المنحرف لجزيء الماء بالنسبة إلى المادة المتفاعلة. من المحتمل جدًا أن يؤدي التغيير التوافقي الناتج عن دوران المجالات بين شكلي G و F في أكتين إلى تحريك Glu137 أقرب مما يسمح بالتحلل المائي. يشير هذا النموذج إلى أن البلمرة ووظيفة ATPase سيتم فصلهما على الفور. و "فتح" إلى "مغلقة" اتسمت تحول بين G و F الأشكال وآثارها على الحركة النسبية للعديد من مخلفات مفتاح وتشكيل الأسلاك المياه في الديناميات الجزيئية و QM / MM المحاكاة. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Unraveling
G.|last=McCullagh|first=Martin|DOI=10.1021/ja507169f|volume=136|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4183606/|pages=13053–13058|PMID=25181471|PMCID=4183606|issn=0002-7863|date=2014-09-17|journal=Journal of the American Chemical Society|last3=Voth}}</ref>
== علم الوراثة ==
كان الأكتين واحدًا من أكثر البروتينات التي تم الحفاظ
[[ملف:Adherens_Junctions_structural_proteins.svg|تصغير|402x402بك|التفاعلات الرئيسية من البروتينات الهيكلية في كادهيرين الملتصقة المستندة إلى تقاطع. ترتبط خيوط الأكتين بـ α- أكتينين وبالغشاء من خلال الفينكولين . يرتبط المجال الرئيسي للفينكولين بـ E-cadherin عبر α-catenin و β-catenin و γ-catenin . يرتبط مجال ذيل الفينكولين بالدهون الغشائية وخيوط الأكتين.]]
.<ref name="pmid25788699" />عليها بشكل كبير خلال التطور لأنه يتفاعل مع عدد كبير من البروتينات الأخرى. يحتوي على 80.2 ٪ من الحفظ المتسلسل على مستوى الجينات بين ''Homo sapiens'' و ''Saccharomyces cerevisiae'' (نوع من الخميرة) ، و 95 ٪ الحفاظ على الهيكل الأساسي لمنتج البروتين.
على الرغم من أن معظم الخمائر تحتوي على جين أكتين واحد فقط ، فإن حقيقيات النوى الأعلى ، بشكل عام ، تعبر عن العديد من الأشكال الإسوية من الأكتين المشفرة بواسطة عائلة من الجينات ذات الصلة. تحتوي الثديياتعلى ما لا يقل عن ستة أشكال إسوية أكتين مشفرة بواسطة جينات منفصلة ، <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=At least six different actins are expressed in a higher mammal: An analysis based on the amino acid sequence of the amino-terminal tryptic peptide|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022283678900207|journal=Journal of Molecular Biology|date=1978-12-25|issn=0022-2836|pages=783–802|volume=126|issue=4|DOI=10.1016/0022-2836(78)90020-7|language=en|first=Joel|last=Vandekerckhove|first2=Klaus|last2=Weber}}</ref>والتي تنقسم إلى ثلاث فئات (ألفا ،وبيتا ، وجاما) وفقًا لنقاطها الكهربية . بشكل عام ، توجد الأكتينات ألفا في العضلات (α-skeletal ، α-aortic soft ، α-cardiac) ، في حين أن الأشكال الإسوية بيتا وجاما بارزة في الخلايا غير العضلية (β-cytoplasmic ، γ1-cytoplasmic ، γ2- معوي أملس) . على الرغم من تسلسل الأحماض الأمينية وفي ''المختبر''تتشابه خصائص الأشكال الإسوية إلى حد كبير ، ولا يمكن لهذه الأشكال الإسوية أن تحل تمامًا محل بعضها البعض ''في الجسم الحي'' .
يحتوي جين الأكتين النموذجي على حوالي 100 نيوكليوتيد 5 'UTR ، ومنطقة مترجمة 1200 نيوكليوتيد ، و 200 نيوكليوتيد 3' UTR . يتم مقاطعة غالبية جينات الأكتين عن طريق الإنترونات ، مع ما يصل إلى ستة إنترونات في أي من 19 موقعًا متميزًا. يجعل الحفظ العالي للعائلة الأكتين النموذج المفضل للدراسات التي تقارن بين نماذج الإنترونات المبكرة والإنترونات المتأخرة لتطور الإنترون.
كل غير كروية بدائيات النوى ويبدو أن تمتلك جينات مثلMreB ، التي ترميز المتماثلات الأكتين. هذه الجينات مطلوبة للحفاظ على شكل الخلية. يقوم الجين المشتق من البلازميد بارم بتشفير بروتين شبيه بالأكتين يكون شكلَهُ المبلمر غير مستقر ديناميكيًا ، ويبدو أنه يقسم DNAالبلازميد إلى خلايا ابنته أثناء انقسام الخلية بواسطة آلية مماثلة لتلك المستخدمة بواسطة الأنابيب الدقيقة في الانقسام حقيقية النواة .<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Reconstitution of DNA Segregation Driven by Assembly of a Prokaryotic Actin Homolog|DOI=10.1126/science.1138527|first4=R. Dyche|last3=Weibel|first3=Douglas B.|last2=Campbell|first2=Christopher S.|last=Garner|first=Ethan C.|issue=5816|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2851738/|volume=315|pages=1270–1274|PMID=17332412|PMCID=2851738|issn=0036-8075|date=2007-03-02|journal=Science (New York, N.Y.)|last4=Mullins}}</ref> تم العثور على الأكتين في كل من الشبكيات الإندوبلازمية الملساء والخشنة.
== ديناميات التجميع ==
=== التنوي والبلمرة ===
عوامل النواة ضرورية لتحفيز بلمرة الأكتين. أحد هذه
[[ملف:Thin_filament_formation.svg|تصغير|تكوين خيوط رفيعة تظهر آلية البلمرة لتحويل G-actin إلى F-actin ؛ لاحظ التحلل المائي لـ ATP.]]
العوامل هو مركب Arp2 / 3 ، الذي يحاكي ثنائيات G-actin من أجل تحفيز التنوي (أو تكوين الثلث الأول) لـ G-actin الأحادي. و Arp2 / 3 معقدة تربط لالأكتين خيوط في 70 درجة لتشكيل فروع جديدة الأكتين خارج القائمة الأكتين خيوط. التنوي Arp2 / 3 بوساطة ضروري للهجرة الخلوية الموجهة.<ref>{{استشهاد ويب
}}</ref> أيضًا ، تربط خيوط الأكتين نفسها بـ ATP ، ويؤدي التحلل المائي لـ ATP إلى زعزعة استقرار البوليمر.
نمو شعيرات الأكتين يمكن ينظمها ثيموسين و profilin . يرتبط الثيموسين بـ G-actin لعزل عملية البلمرة ، بينما يرتبط البروفيلين بـ G-actin لتبادل ADP لـ ATP ، مما يعزز الإضافة الأحادية إلى الشائكة ، بالإضافة إلى نهاية خيوط F-actin.
F-actin قوي وديناميكي. على عكس البوليمرات الأخرى ، مثل الحمض النووي ، الذي ترتبط عناصره المكونة معروابط تساهمية ، يتم تجميع مونومرات خيوط الأكتين بواسطة روابط أضعف. تحل الروابط الجانبية مع المونومرات المجاورة هذه الحالة الشاذة ، والتي من الناحية النظرية يجب أن تضعف الهيكل حيث يمكن كسرها عن طريق التحريض الحراري. بالإضافة إلى ذلك ، تمنح الروابط الضعيفة ميزة أن الأطراف الخيطية يمكنها بسهولة تحرير أو دمج المونومرات. وهذا يعني أنه يمكن إعادة تشكيل الخيوط بسرعة ويمكن أن تغير البنية الخلوية استجابةً لمحفز بيئي. التي ، جنبا إلى جنب مع الكيمياء الحيويةالآلية التي يتم بواسطتها تُعرف باسم "ديناميكية التجميع".
; دراسات ''في المختبر''
يتم إجراء الدراسات التي تركز على تراكم وفقدان الوحدات الفرعية بواسطة الألياف الدقيقة ''في المختبر'' (أي في المختبر وليس على الأنظمة الخلوية) حيث تؤدي بلمرة الأكتين الناتج إلى نفس الأكتين F كما ينتج ''في الجسم الحي'' . و ''في الجسم الحي'' يتم التحكم العملية عن طريق العديد من البروتينات من أجل جعلها تستجيب لمطالب الخلوية، وهذا يجعل من الصعب مراقبة الأوضاع الأساسية.
يحدث الإنتاج ''في المختبر'' بطريقة متسلسلة:
أولاً ، هناك "مرحلة التنشيط" ، عندما يحدث الترابط وتبادل الكاتيونات ثنائية التكافؤ في أماكن محددة على G-actin ، المرتبط بـ ATP. ينتج عن ذلك تغيير في التوافق ، يُسمى أحيانًا مونومر G * -actin أو F-actin لأنه يشبه إلى حد بعيد الوحدات الموجودة على الفتيل. هذا يجهزها لـ "طور التنوي" ، حيث يؤدي الأكتين G إلى ظهور شظايا صغيرة غير مستقرة من F-actin تكون قادرة على البلمرة. يتم تشكيل الثنائيات والقواطع غير المستقرة في البداية. تبدأ "مرحلة الاستطالة" عندما يكون هناك عدد كبير بما فيه الكفاية من هذه البوليمرات القصيرة. في هذه المرحلة ، تتشكل الخيوط وتنمو بسرعة من خلال الإضافة القابلة للانعكاس لمونومرات جديدة في كلا الطرفين.أخيرًا ، يتم تحقيق توازن ثابت حيث يتم تبادل مونومرات G-actin عند طرفي الميكروفيلم دون أي تغيير في طوله الإجمالي. في هذه المرحلة الأخيرة ، يُعرَّف "التركيز الحرج C <sub>c</sub> " على أنه النسبة بين ثابت التجميع وثابت التفكك لـ G-actin ، حيث لا ينتج عن الديناميكية الخاصة بإضافة وإزالة الثنائيات والقواطع أي تغيير في طول الميكروفيلمنت. تحت ''في المختبر'' الظروف C <sub>ج</sub> هو 0.1 ميكرومتر،<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=A Mechanistic Model of the Actin Cycle|first=M.|first4=J. L.|last3=Dewey|first3=C. F.|last2=Osborn|first2=E. A.|last=Bindschadler|issue=5|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1304143/|volume=86|pages=2720–2739|PMID=15111391|PMCID=1304143|issn=0006-3495|date=2004-5|journal=Biophysical Journal|last4=McGrath}}</ref> وهو ما يعني أنه في حدوث ارتفاع قيم البلمرة وفي انخفاض قيم يحدث التحلل.
; دور التحلل المائي ATP
كما هو موضح أعلاه ، على الرغم من أن الأكتين يحلل ATP ، فإن كل شيء يشير إلى حقيقة أن ATP ليس مطلوبًا لتجميع الأكتين ، بالنظر إلى أنه من ناحية ، يحدث التحلل المائي بشكل أساسي داخل الشعيرة ، ومن ناحية أخرى يمكن لـ ADP أيضًا تحريض البلمرة. هذا يطرح السؤال عن فهم أي عملية غير مواتية للديناميكا الحرارية تتطلب مثل هذا الإنفاق الهائل للطاقة. تتكون دورة الأكتين ، التي تجمع بين التحلل المائي لـ ATP إلى بلمرة الأكتين ، من الإضافة التفضيلية لمونومرات G-actin-ATP إلى نهاية الشعيرة الشائكة ، والتفكيك المتزامن لمونومرات F-actin-ADP عند الطرف المدبب حيث يكون ADP لاحقًا تحولت إلى ATP ، وبالتالي إغلاق الدورة. يُعرف هذا الجانب من تكوين خيوط الأكتين "بالمطاحن".
يتحلل ATP بالماء بسرعة نسبيًا بعد إضافة مونومر G-actin إلى الفتيل. هناك نوعان من الفرضيات حول كيفية حدوث ذلك ؛ على مؤشر ستوكاستيك ، مما يوحي بأن التحلل عشوائيا يحدث بطريقة ما في بعض الطريق تتأثر جزيئات المجاورة؛ والمتجهية ، مما يشير إلى أن التحلل المائي يحدث فقط بجوار الجزيئات الأخرى التي تم تحلل ATP فيها بالفعل. في كلتا الحالتين ، لا يتم تحرير P <sub>i</sub>الناتج ؛ يبقى لبعض الوقت مرتبطًا بشكل غير تساهمي بـ ADP في أكتين. بهذه الطريقة توجد ثلاثة أنواع من الأكتين في الشعيرة: ATP- Actin و ADP + P <sub>i</sub> -Actin و ADP-Actin. تعتمد كمية كل نوع من هذه الأنواع الموجودة في خيوط على طوله وحالته: مع بدء الاستطالة ، يحتوي الخيط على كمية متساوية تقريبًا من مونومرات الأكتين المرتبطة بـ ATP و ADP + P <sub>i</sub> وكمية صغيرة من ADP-Actin عند (-) النهاية. عندما يتم الوصول إلى الحالة الثابتة ، ينعكس الموقف ، مع وجود ADP على طول غالبية الفتيل والمنطقة الأقرب للنهاية (+) التي تحتوي على ADP + P <sub>i</sub> ومع وجود ATP فقط عند الطرف.
إذا قارنا الخيوط التي تحتوي فقط على ADP-Actin مع تلك التي تتضمن ATP ، في السابق تكون الثوابت الحرجة متشابهة في كلا الطرفين ، بينما C <sub>c</sub> للنيوكليوتيدات الأخرى مختلفة: عند الطرف (+) Cc <sup>+</sup> = 0.1 μM ، بينما في الطرف (-) Cc <sup>-</sup> = 0.8 ميكرومتر ، مما يؤدي إلى المواقف التالية:
* بالنسبة لتركيزات G-actin-ATP أقل من Cc <sup>+</sup> لا يحدث استطالة في الفتيل.
* بالنسبة لتركيزات G-actin-ATP أقل من Cc <sup>-</sup> لكن الاستطالة أكبر من Cc <sup>+</sup> يحدث عند النهاية (+).
* بالنسبة لتركيزات G-actin-ATP الأكبر من Cc <sup>-</sup> ينمو الخيط الدقيق عند كلا الطرفين.
لذلك من الممكن استنتاج أن الطاقة الناتجة عن التحلل المائي تُستخدم لإنشاء "حالة ثابتة" حقيقية ، أي تدفق ، بدلاً من توازن بسيط ، ديناميكي ، قطبي ، ومتصل بالخيوط. هذا يبرر إنفاق الطاقة لأنه يعزز الوظائف البيولوجية الأساسية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم الكشف عن تكوين أنواع المونومر المختلفة بواسطة بروتينات ربط الأكتين ، والتي تتحكم أيضًا في هذه الديناميكية ، كما سيتم وصفه في القسم التالي.
تم العثور على تشكيل الميكروفيلم عن طريق جهاز المشي ليكون غير نمطي في الستريوسيليا . في هذه الحالة ، يكون التحكم في حجم الهيكل قميًا تمامًا ويتم التحكم فيه بطريقة ما عن طريق التعبير الجيني ، أي من خلال الكمية الإجمالية لمونومر البروتين المركب في أي لحظة معينة.
=== البروتينات المرتبطة ===
لا يتكون الهيكل الخلوي للأكتين ''في الجسم الحي''
[[ملف:Profilin_actin_complex.png|تصغير|مركب أكتين (أخضر) - بروفيلين (أزرق). وprofilin يظهر ينتمي إلى المجموعة الثانية، تتواجد عادة في الكليتين و الدماغ .]]
حصريًا من الأكتين ، فالبروتينات الأخرى مطلوبة لتكوينه واستمراريته ووظيفته. تسمى هذه البروتينات بروتينات''ربط الأكتين'' (ABP) وهي تشارك في بلمرة الأكتين ، وإزالة البلمرة ، والاستقرار ، والتنظيم في حزم أو شبكات ، والتجزئة ، والتدمير. تنوع هذه البروتينات يُعتقد أن الأكتين هو البروتين الذي يشارك في أكبر عدد من تفاعلات البروتين والبروتين . على سبيل المثال ، توجد عناصر عزل G-actin التي تعيق دمجها في الميكروفيلامين. هناك أيضًا بروتينات تحفز البلمرة أو تعطي تعقيدًا لشبكات التركيب.
* Thymosin β-4 هو بروتين 5 كيلو دالتون يمكن أن يرتبط بـ G-actin-ATP في 1: 1 متكافئ . مما يعني أن وحدة واحدة من ثيموسين β-4 ترتبط بوحدة واحدة من G-actin. يتمثل دوره في إعاقة دمج المونومرات في البوليمر المتنامي.
* Profilin ، هو بروتين عصاري خلوي بوزن جزيئي 15 كيلو دالتون ، والذي يرتبط أيضًا بـ G-actin-ATP أو -ADP بقياس متكافئ 1: 1 ، ولكن له وظيفة مختلفة لأنه يسهل استبدال نيوكليوتيدات ADP بواسطة ATP . كما أنه متورط في وظائف خلوية أخرى ، مثل ربط تكرارالبرولين في البروتينات الأخرى أو الدهون التي تعمل بمثابة رسل ثانوي . [[ملف:Gelsolin.png|تصغير|بروتين الجلسولين ، وهو منظم رئيسي في تجميع وتفكيك الأكتين. يحتوي على ستة نطاقات فرعية ، S1-S6 ، يتكون كل منها من ورقة β ذات خمس خيوط يحيط بها حلزون α ، أحدهما متعامد مع الخيوط والآخر في وضع موازٍ. يشكل كل من الطرف N ، (S1-S3) ، والنهاية الطرفية C ، (S4-S6) ورقة β ممتدة. .<ref name="Kiselar_2003">{{cite journal|vauthors=Kiselar JG, Janmey PA, Almo SC, Chance MR|title=Visualizing the Ca2+-dependent activation of gelsolin by using synchrotron footprinting|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|volume=100|issue=7|pages=3942–3947|date=Apr 2003|pmid=12655044|pmc=153027|doi=10.1073/pnas.0736004100|bibcode=2003PNAS..100.3942K}}</ref><ref name="pmid24155256">{{cite journal|vauthors=Ghoshdastider U, Popp D, Burtnick LD, Robinson RC|title=The expanding superfamily of gelsolin homology domain proteins|journal=Cytoskeleton|volume=70|issue=11|pages=775–795|date=Nov 2013|pmid=24155256|doi=10.1002/cm.21149|s2cid=205643538}}</ref>]]تقوم البروتينات الأخرى التي ترتبط بالأكتين بتنظيم طول الألياف الدقيقة عن طريق قطعها ، مما يؤدي إلى ظهور نهايات نشطة جديدة للبلمرة. على سبيل المثال ، إذا تم قطع خيوط دقيقة ذات نهايتين مرتين ، فسيكون هناك ثلاثة خيوط دقيقة جديدة بستة أطراف. هذا الوضع الجديد يفضل ديناميكيات التجميع والتفكيك. ولعل أبرز هذه البروتينات هي gelsolin و cofilin . هذه البروتينات أولا تحقيق خفض ملزمة لمونومر الأكتين تقع في البوليمر أنها ثم تغيير مونومر الأكتين في التشكل في حين تبقى منضمة إلى نهاية (+) التي تم إنشاؤها حديثا. هذا له تأثير في إعاقة إضافة أو تبادل وحدات فرعية جديدة من G-actin. يتم تشجيع إزالة البلمرة حيث أن النهايات (-) غير مرتبطة بأي جزيء آخر.
تغطي البروتينات الأخرى التي ترتبط مع الأكتين أطراف F-actin من أجل تثبيتها ، لكنها غير قادرة على كسرها. أمثلة على هذا النوع من البروتين هي CapZ ، والتي تربط النهايات (+) اعتمادًا على مستويات الخلية من Ca <sup>2+</sup> / calodulin . تعتمد هذه المستويات على الإشارات الداخلية والخارجية للخلية وتشارك في تنظيم وظائفها البيولوجية). مثال آخر هو تروبومودولين (الذي يرتبط بالنهاية (-)). Tropomodulin في الأساس يعمل على استقرار F-الأكتين موجودة في اللييفات العضلية تقدم في العضلات ساركومير ، وهي الهياكل التي تتميز استقرارها كبير.
[[ملف:Arp2_3_complex.png|تصغير|التركيب الذري لـ Arp2 / 3. كل لون يتوافق مع وحدة فرعية: Arp3 ، برتقالي ؛ Arp2 ، أزرق البحر (الوحدات الفرعية 1 و 2 غير معروضة) ؛ص 40 ، أخضر ؛ ص 34 ، أزرق فاتح ؛ ص 20 ، أزرق داكن ؛ p21 ، أرجواني ؛ ص 16 ، أصفر.]]
تم العثور على مجمع Arp2 / 3 على نطاق واسع في جميعالكائنات حقيقية النواة . وتتكون من سبع وحدات فرعية ، بعضها يمتلك طوبولوجيا ترتبط بوضوح بوظيفتها البيولوجية: اثنتان من الوحدات الفرعية ، ARP2 و ARP3 ، لها بنية مشابهة لمونومرات الأكتين. يسمح هذا التناظر لكلا الوحدتين بالعمل كعوامل تنوي في بلمرة G-actin و F-actin. هذا المركب مطلوب أيضًا في عمليات أكثر تعقيدًا مثل إنشاء الهياكل التغصنية وأيضًا في التفاغر (إعادة توصيل بنيتين متفرعتين تم ربطهما سابقًا ، مثل الأوعية الدموية). <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Tropomodulin caps the pointed ends of actin filaments|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2120308/|journal=The Journal of Cell Biology|date=1994-12-02|issn=0021-9525|PMCID=2120308|PMID=7798317|pages=1627–1635|volume=127|issue=6}}</ref>
==انظر أيضاً==
==انظر أيضاً==
نسخة 16:28، 25 ديسمبر 2020
غشاء خلوي تحت الميكروسكوب – فتيلات الأكتين (أحمر) و أنوية الخلايا (أزرق)فتيلات الميوسين (أحمر) والأكتين (أزرق) أثناء الانقباض والانبساط في خلية عضلة هيكلية.
الأكتين هو بروتين ، الوزن الجزيئي له ما يقارب 42 كيلو دالتون، وهذا البروتين موجود في جميع الخلايا حقيقية النواة (والاستثناء الوحيد المعروف عند الحيوانات المنوية للديدان الخيطية) حيث أنه قد يكون موجودا في تركيزات أكثر من 100 ميكرو مولار.[1][2][3]
وهو بروتين هيكلي ويشكل جزءا من الهيكل الخلوي وأحد خمسة بروتينات غالبية في حقيقيات النوى ؛ يوجد في الخلايا العضلية حيث يكون من كل 10 جزيئات بروتين واحد من الأكتين ، أما في الخلايا الأخرى فهو يوجد بنسبة 1 إلى 5% فقط.
يوجد من جزيئات الأكتين نوعان: نوع كروي G-Aktin ونوع متشابك فتيلي F-Aktin. من خصائص الأكتين الفتيلي انه يتغير شكليا بحيث يستطيل ويقصر. وهو يعتير من ضمن الفتيلات الميكرونية الموجودة في داخل الخلية. وهي تعمل أيضا على تماسك الشكل الخارجي للخلايا وتكوين أطراف للخلية ، وتفرعات بين الخلايا ، وتعمل على حركة اتجاهية للخلايا. في الكائنات متعددة الخلايا يُشكل الأكتين
الأجزاء المركزية لانقباض العضلات. اختلالات في الأكتين ناشئة عن الجينات الوراثية يمكن أن تتسبب في مرض عضلي أو أمراض أخرى.
الإكتشاف والتحقيق المبكر
تمت ملاحظة الأكتين لأول مرة تجريبيًا في عام 1887 بواسطة WD Halliburton ، الذي استخرج بروتينًا من العضلات قام بتخثر مستحضرات الميوسين التي أطلق عليها اسم "تخمير الميوسين". [4]ومع ذلك ، لم يتمكن هاليبيرتون من تحسين النتائج التي توصل إليها ، ويعزى اكتشاف الأكتين بدلاً من ذلك إلى برونو فيرينك ستراوب ، عالم الكيمياء الحيوية الشاب الذي يعمل في مختبر ألبرت زينت جيورجي في معهد الكيمياء الطبية بجامعة سيغيد. ،المجر .
متابعة لاكتشاف Ilona Banga & Szent-Györgyi في عام 1941 أن التخثر يحدث فقط في بعض عمليات استخراج الميسوسين ويتم عكسه عند إضافة ATP ، [5]حدد ستروب الأكتين وتنقيته من مستحضرات الميوسين التي تخثرت بالفعل. بناءً على طريقة استخلاص بانجا الأصلية ، طور تقنية جديدة لاستخراج بروتين العضلات التي سمحت له بعزل كميات كبيرة من الأكتين النقي نسبيًا ، والتي نُشرت عام 1942. طريقة ستروب هي نفسها المستخدمة في المعامل اليوم. نظرًا لأن بروتين ستراوب كان ضروريًا لتنشيط تخثر الميوسين ، فقد أطلق عليه اسمالأكتين . إدراكًا من Szent- Györgyi أنمستحضرات الميوسين المتخثر من Banga تحتوي على الأكتين أيضًا ، فقد أطلق على خليط البروتينات أكتموسين .
أدت الأعمال العدائية في الحرب العالمية الثانية إلى أن Szent-Gyorgyi لم يكن قادرًا على نشر أعمال مختبره في المجلات العلمية الغربية . لذلك أصبح الأكتين معروفًا جيدًا في الغرب فقط في عام 1945 ، عندما نُشرت ورقتهم كملحق لـ Acta Physiologica Scandinavica . واصلت ستروب للعمل على الأكتين، وفي عام 1950 ذكرت أن الأكتين تحتوي ملزمة ATP ، وأنه خلال البلمرة من البروتين إلى خيوط دقيقة ، و النوكليوتيدات و تحلل إلىADP وغير العضوية الفوسفات(التي تظل مرتبطة بالميكروفيلمنت). اقترح ستراوب أن تحول الأكتين المرتبط بـ ATP إلى الأكتين المرتبط بـ ADP يلعب دورًا في تقلص العضلات. في الواقع ، هذا صحيح فقط في العضلات الملساء ، ولم يتم دعمه من خلال التجارب حتى عام 2001.
في تسلسل الأحماض الأمينية تم الانتهاء من الأكتين التي كتبها M. ايلزينجا وزملاء العمل في عام 1973. والتركيب البلوري تم حلها من G-الأكتين في عام 1990 من قبل Kabsch والزملاء. في العام نفسه ، اقترح هولمز وزملاؤه نموذجًا لـ F-actin بعد تجارب باستخدام التبلور المشترك مع بروتينات مختلفة. تم استخدام إجراء التبلور المشترك مع بروتينات مختلفة بشكل متكرر خلال السنوات التالية ، حتى عام 2001 تمت بلورة البروتين المعزول مع ADP. ومع ذلك ، لا يوجد حتى الآن هيكل عالي الدقة للأشعة السينية لـ F-actin. كان تبلور F-actin ممكنًا بسبب استخدام رودامينمتقارن يعيق البلمرة عن طريق منع الحمض الأميني cys-374 . توفت كريستين أوريول-تدوين في نفس العام الذي تبلور فيه الأكتين لأول مرة ، لكنها كانت الباحثة التي تبلورت الأكتين لأول مرة في عام 1977 في غياب البروتينات الملزمة للأكتين (ABPs). ومع ذلك ، كانت البلورات الناتجة صغيرة جدًا بالنسبة للتقنية المتاحة في ذلك الوقت.
على الرغم من عدم وجود نموذج عالي الدقة للشكل الخيطي للأكتين حاليًا ، فقد تمكن فريق صوايا في عام 2008 من إنتاج نموذج أكثر دقة لهيكله استنادًا إلى بلورات متعددة من ثنائيات الأكتين التي ترتبط في أماكن مختلفة. تم تنقيح هذا النموذج لاحقًا بواسطة صوايا ولورنز.نهج أخرى مثل استخدام المجهر البرد الإلكترون و الإشعاع السنكروترون سمحت مؤخرا زيادة دقة وفهم أفضل لطبيعة التفاعلات والتغيرات متعلق بتكوين المتورطين في تشكيل الأكتين خيوط.
بناء
الأكتين في الأمينية تسلسل الحمض هو واحد من أكثر جداالحفاظ عليها من البروتينات لأنها قد تغير يذكر على مدىتطور ، واختلاف بنسبة لا تزيد على 20٪ في الأنواعمختلفة مثل الطحالب و البشر . [6]ولذلك يعتبر أن لديهاهيكل أمثل .[7] وله سمتان مميزتان: إنه إنزيم يحلل ببطءATP ، "عملة الطاقة العالمية" للعمليات البيولوجية. ومع ذلك ، فإن ATP مطلوب من أجل الحفاظ على سلامتها الهيكلية. يتكون هيكلها الفعال من هيكل فريد تقريبًاعمليةالطي . بالإضافة إلى ذلك ، فهو قادر على إجراء تفاعلات أكثر من أي بروتين آخر ، مما يسمح له بأداء مجموعة متنوعة من الوظائف أكثر من البروتينات الأخرى في كل مستوى من مستويات الحياة الخلوية تقريبًا. [8] الميوسين هو مثال على بروتين يرتبط بالأكتين. مثال آخر هو الشرير ، الذي يمكنه نسج الأكتين إلى حزم أو قطع الخيوط اعتمادًا على تركيز كاتيونات الكالسيوم في الوسط المحيط. [9]
الأكتين هو أحد البروتينات الأكثر وفرة في حقيقيات النوى، حيث يوجد في جميع أنحاء السيتوبلازم. [10] في الواقع ،تشكل الألياف العضلية 20٪ من البروتين الخلوي الكلي بالوزن وما بين 1٪ و 5٪ في الخلايا الأخرى. ومع ذلك ، لا يوجد نوع واحد فقط من الأكتين ؛ و الجينات التي تم تعريفها رمز لالأكتين بمثابة عائلة الجينات (عائلة في النباتات تحتوي على أكثر من 60 عناصر، بما في ذلك الجينات و الجينات الكاذبة وفي البشر أكثر من 30 عناصر). [11]هذا يعني أن المعلومات الجينية لكل فرد تحتوي على تعليمات تولد متغيرات أكتين (تسمى الأشكال الإسوية) التي تمتلك وظائف مختلفة قليلاً. وهذا بدوره يعني أن الكائنات حقيقية النواة تعبر عن جينات مختلفة تؤدي إلى: α-actin ، الموجود في الهياكل الانقباضية ؛ β-actin ، الموجود عند الحافة المتوسعة للخلايا التي تستخدم إسقاط هياكلها الخلوية كوسيلة للتنقل ؛ وبيتا-أكتين الموجود في خيوط ألياف الإجهاد . [12] بالإضافة إلى أوجه التشابه الموجودة بين الأشكال الإسوية للكائن ، هناك أيضًا حماية تطورية في التركيب والوظيفة حتى بين الكائنات الحية الموجودة في مجالات حقيقية النواة المختلفة . في البكتيريا ، يكون متماثل الأكتين MreBتم التعرف عليه ،[13] وهو بروتين قادر على البلمرة إلى خيوط دقيقة ؛ وفي العتائق يكون المتماثل Ta0583 أكثر تشابهًا مع الأكتينات حقيقية النواة. [14]
يحتوي الأكتين الخلوي على شكلين: كريات أحادية تسمى G-actin وخيوط بوليمرية تسمى F-actin (أي كخيوط مكونة من العديد من مونومرات G-actin). يمكن أيضًا وصف F-actin بأنه خيوط دقيقة. يجب أن تدور خصلتان متوازيتان من نوع F-actin بمقدار 166 درجة لتستقر بشكل صحيح فوق بعضها البعض. يؤدي هذا إلى إنشاء الهيكل الحلزوني المزدوج للألياف الدقيقة الموجودة في الهيكل الخلوي. يبلغ قطر الألياف الدقيقة حوالي 7 نانومترمع تكرار اللولب كل 37 نانومتر. يرتبط كل جزيء من الأكتين بجزيء من ثلاثي فوسفات الأدينوسين (ATP) أو ثنائي فوسفات الأدينوسين (ADP) المرتبط بـ Mg 2+الكاتيون. أكثر أشكال الأكتين شيوعًا ، مقارنة بجميع التركيبات الممكنة ، هي ATP-G-Actin و ADP-F-actin. [15]
G- أكتين
نموذج الشريط من الأكتين المستخرجة من الأنسجة العضلية المخططة من الأرانب بعد Graceffa ودومينغيز، 2003. وأربعةنطاقات فرعية يمكن أن ينظر إليه، فضلا عن N و C ترميني والموقف من السندات ATP. و جزيء موجه باستخدام اصطلاح المعتادة من وضع - النهاية (نهاية مدببة) في الجزء العلوي ونهاية + (نهاية الشائكة) في الجزء السفلي
تشير صور المجهر الإلكتروني الماسح إلى أن G-actin له بنية كروية ؛ ومع ذلك ، يوضح علم البلورات بالأشعة السينية أن كل من هذه الكريات تتكون من فصين يفصل بينهما شق. تمثل هذه البنية "طية ATPase" ، وهي مركزالتحفيز الأنزيمي الذي يربط ATP و Mg 2+ ويتحلل السابق بـ ADP بالإضافة إلى الفوسفات . هذه الطية عبارة عن حافز هيكلي محفوظ يوجد أيضًا في البروتينات الأخرى التي تتفاعل مع نيوكليوتيدات ثلاثي الفوسفات مثل هيكسوكيناز (إنزيم يستخدم في استقلاب الطاقة ) أو فيبروتينات Hsp70 (عائلة بروتينية تلعب دورًا مهمًا في طي البروتين). G-actin إلا عندما يحتوي إما على ADP أو ATP في شقه ولكن الشكل المرتبط بـ ATP يسود في الخلايا عندما يكون الأكتين موجودًا في حالته الحرة.[16]
و البلورات بالأشعة السينية نموذج من الأكتين التي تم إنتاجها من قبل Kabsch من الأنسجة العضلية المخططةمن الأرانب هو الأكثر شيوعا في الدراسات البنيوية كما كان أول من تنقيته . وG-الأكتين تبلورت من خلال Kabsch حوالي 67 × 40 × 37 Å في الحجم، لديها الكتلة الجزيئيةمن 41785 دا ويقدر نقطة تساوي الكهربائية من 4.8. [17]في صافي تهمة في درجة الحموضة = 7 هو -7
الهيكل الأساسي
حدد Elzinga وزملاؤه لأول مرة تسلسل الببتيد الكامل لهذا النوع من الأكتين في عام 1973 ، مع عمل لاحق لنفس المؤلف أضاف مزيدًا من التفاصيل إلى النموذج. يحتوي على 374 بقايا من الأحماض الأمينية . في N-محطة هي غاية الحمضية ويبدأ مع acetyled اسبارتاتي في مجموعة الأمينية. في حين أن C-محطة هي القلوية وشكلت من قبلالفنيل الأنين يسبقه السيستين ، والتي لديها درجة من الأهمية الوظيفية. كلا الطرفين على مقربة من النطاق الفرعي I. شذوذ Nτ -methylhistidineيقع في الموقع 73. [18]
الهيكل الثالث - المجالات
ويتكون الهيكل العالي من قبل اثنين من المجالات المعروفة باسم الكبيرة والصغيرة، التي تكون مفصولة شق تتمحور حول موقع السندات مع ATP - ADP + P ط . يوجد أسفل هذا شق أعمق يسمى "الأخدود". في الولاية الأصلية ، على الرغم من أسمائهم ، كلاهما لهما عمق مماثل. [19]
الاصطلاح العادي في الطوبولوجي تعني الدراسات أن البروتين يظهر بأكبر مجال على الجانب الأيسر وأصغر مجال على الجانب الأيمن. في هذا الموضع ، ينقسم النطاق الأصغر بدوره إلى قسمين: المجال الفرعي الأول (الموضع السفلي ، المخلفات 1–32 ، 70-144 ، 338-374) والمجال الفرعي الثاني (الموضع العلوي ، المخلفات 33-69). ينقسم النطاق الأكبر أيضًا إلى قسمين: المجال الفرعي III (السفلي ، المخلفات 145-180 و 270-337) والمجال الفرعي IV (الأعلى ، المخلفات 181-269). يشار إلى المناطق المكشوفة للنطاقين الفرعيين الأول والثالث بالنهايات "الشائكة" ، بينما تسمى المناطق المكشوفة للنطاقين الثاني والرابع بالنهايات "المدببة". تشير هذه التسمية إلى حقيقة أنه ، نظرًا للكتلة الصغيرة للنطاق الفرعي الأكتين الثاني هو قطبي ؛ ستتم مناقشة أهمية هذا أدناه في المناقشة حول ديناميكيات التجميع.يدعي بعض المؤلفين المجالات الفرعية Ia و Ib و IIa و IIb ،
هياكل مهمة أخرى
وأبرز هيكل ثانوي هو ورقة بيتا من خمس سلاسل تتكون من β-تعرج ووحدة β-α-β في اتجاه عقارب الساعة. إنه موجود في كلا المجالين مما يشير إلى أن البروتين نشأ من تكرار الجينات.
يقع موقع ربط نوكليوتيد الأدينوزين بين بنيتين على شكل دبوس شعر بيتا تتعلقان بالمجالات I و III. البقايا المتورطة هي Asp11-Lys18 و Asp154-His161 على التوالي.
يقع موقع الارتباط الكاتيوني ثنائي التكافؤ أسفل موقع نوكليوتيد الأدينوزين. غالبًا ما يتم تكوينه في الجسم الحي بواسطة Mg 2+ أو Ca 2+ بينما يتم تكوينه في المختبر من خلال هيكل مخلب يتكون من Lys18واثنين من الأكسجين من النوكليوتيدات α-and- فوسفات . يتم تنسيق هذا الكالسيوم مع ستة جزيئات ماء يتم الاحتفاظ بها بواسطة الأحماض الأمينية Asp11 و Asp154 و Gln137. تشكل معقدًا مع النيوكليوتيد الذي يقيد حركات ما يسمى بالمنطقة "المفصلية" ، الواقعة بين البقايا 137 و 144. هذا يحافظ على الشكل الأصلي للبروتين حتى يفسد انسحابه مونومر أكتين. هذه المنطقة مهمة أيضًا لأنها تحدد ما إذا كان شق البروتين في التشكل "المفتوح" أو "المغلق". [20]
من المحتمل جدًا وجود ثلاثة مراكز أخرى على الأقل ذات تقارب أقل (وسيط) وأخرى ذات تقارب منخفض للكاتيونات ثنائية التكافؤ. لقد تم اقتراح أن هذه المراكز قد تلعب دورًا في بلمرة الأكتين من خلال العمل أثناء مرحلة التنشيط.
هناك بنية في فرعي 2 الذي يسمى "D-حلقة" لأنه يربط مع الدناز I ، وهي تقع بين His40 و Gly48 المخلفات. لها مظهر عنصر غير منظم في غالبية البلورات ، لكنها تبدو مثل ورقة β عندما تكون معقدة مع DNase I. وقد تم اقتراح أن الحدث الرئيسي في البلمرة هو على الأرجح انتشار تغيير توافقي من مركز الرابطة مع النيوكليوتيدات إلى هذا المجال ، والذي يتغير من حلقة إلى لولب. ومع ذلك ، تم دحض هذه الفرضية من قبل دراسات أخرى. [21]
F- أكتين
وصف الكلاسيكية من F-الأكتين الدول التي لديها بنية
F- أكتين. التمثيل السطحي لتكرار 13 وحدة فرعية بناءً على نموذج خيوط أكتين لكين هولمز[22]
الخيطية التي يمكن أن تعتبر واحدة الذين تقطعت بهم السبل أيسري التدوير الحلزون مع دوران 166 درجة حول محور حلزوني وترجمة المحورية 27.5 Å ، أو واحد الذين تقطعت بهم السبل ميمن الحلزون مع صليب على تباعد 350-380 Å ، مع كل أكتين محاطة بأربعة أخرى. [23]تناظر بوليمر الأكتين عند 2.17 وحدة فرعية في كل دورة من اللولب غير متوافق مع تكوين البلورات ، وهو أمر ممكن فقط مع تناظر 2 أو 3 أو 4 أو 6 وحدات فرعية في كل دورة. لذلك ، يجب بناء نماذج تشرح هذه الحالات الشاذة باستخدام بيانات من المجهر الإلكتروني، المجهر الإلكتروني بالتبريد ، تبلور الثنائيات في أوضاع مختلفة وانحراف الأشعة السينية . [24] وتجدر الإشارة إلى أنه ليس من الصحيح الحديث عن "بنية" لجزيء ديناميكي مثل خيوط الأكتين. في الواقع ، نتحدث عن حالات هيكلية متميزة ، حيث يظل قياس الترجمة المحورية ثابتًا عند 27.5 Å بينما تُظهر بيانات دوران الوحدة الفرعية تباينًا كبيرًا ، مع عمليات نزوح تصل إلى 10 ٪ من موقعها الأمثل الذي يُرى بشكل شائع. يبدو أن بعض البروتينات ، مثل cofilin ، تزيد من زاوية الانعطاف ، ولكن مرة أخرى يمكن تفسير ذلك على أنه إنشاء حالات هيكلية مختلفة. يمكن أن تكون هذه مهمة في عملية البلمرة. [25]
هناك اتفاق أقل فيما يتعلق بقياسات نصف قطر الدوران وسماكة الفتيل: بينما حددت النماذج الأولى طولًا 25 ، تشير بيانات حيود الأشعة السينية الحالية ، المدعومة بالمجهر الإلكتروني بالتبريد ، إلى طول 23.7 Å. أظهرت هذه الدراسات نقاط الاتصال الدقيقة بين المونومرات. بعضها يتكون من وحدات من نفس السلسلة ، بين النهاية "الشائكة" على مونومر واحد والنهاية "المدببة" للجزء التالي. في حين أن المونومرات في السلاسل المجاورة تقوم بالاتصال الجانبي من خلال الإسقاطات من النطاق الفرعي IV ، مع أن أهم الإسقاطات هي تلك التي تكونت بواسطة الطرف C والوصلة الكارهة للماء المكونة من ثلاثة أجسام تتضمن بقايا 39-42 ، 201-203 ، و 286. هذا يشير النموذج إلى أن الخيط يتكون من المونومرات في تشكيل "صفيحة" ، حيث تدور النطاقات الفرعية حول نفسها ،MreB . [26]
يعتبر بوليمر F-actin ذو قطبية هيكلية نظرًا لحقيقة أن جميع الوحدات الفرعية للخيوط الدقيقة تشير إلى نفس النهاية. يؤدي هذا إلى ظهور اصطلاح تسمية: النهاية التي تمتلك وحدة فرعية أكتين تعرض موقع ارتباط ATP الخاص بها تسمى "(-) النهاية" ، بينما يسمى الطرف المقابل حيث يتم توجيه الشق إلى مونومر مجاور مختلف بـ " (+) النهاية ". المصطلحات "مدببة" و "شائكة" تشير إلى طرفي الألياف الدقيقة مشتقة من مظهرها تحت المجهر الإلكتروني النافذ عند فحص العينات باتباع تقنية تحضير تسمى "زخرفة".. يشكل هذا الميوسين روابط قطبية مع مونومرات الأكتين ، مما يؤدي إلى تكوين يشبه الأسهم مع قاذفات الريش على طول عمودها ، حيث يكون العمود هو الأكتين والقفزات هي الميوسين. باتباع هذا المنطق ، فإن نهاية الخيوط الدقيقة التي لا تحتوي على أي ميوسين بارز تسمى نقطة السهم (- النهاية) وتسمى النهاية الأخرى بالنهاية الشائكة (+ النهاية).[27] يتكون الجزء S1 من مناطق الرأس والرقبة للميوسين الثاني . في ظل الظروف الفسيولوجية ، يتم تحويل G-actin ( شكل المونومر ) إلى F-actin ( شكل البوليمر ) بواسطة ATP ، حيث يكون دور ATP ضروريًا.
تحتوي خيوط F-actin الحلزونية الموجودة في العضلات أيضًا على جزيء تروبوميوسين ، وهو بروتين بطول 40نانومترًا ملفوفًا حول حلزون F-actin. خلال مرحلة الراحة ، يغطي التروبوميوسين المواقع النشطة للأكتين بحيث لا يحدث تفاعل الأكتين والميوسين وينتج تقلصًا عضليًا. هناك جزيئات بروتينية أخرى منضمة إلى موضوع التروبوميوزين، وهذه هي troponins التي لديها ثلاثة البوليمرات: التروبونين I ، التروبونين T ، و تروبونين C . [28]
قابلة للطي
يمكن أن يكتسب الأكتين تلقائيًا جزءًا كبيرًا من هيكله
نموذج الشريط الحصول عليها باستخدامPyMOL البرنامج على crystallographs ( PDB : 2ZDI ) من prefoldin البروتينات موجودة في الاركى Pyrococcus horikoshii . توجد الهياكل الستة الفائقة الثانوية في حلزون ملفوف "معلق" من براميل بيتا المركزية . وغالبا ما يتم مقارنة هذه في الأدب إلى مخالب منقناديل البحر . بقدر ما هو مرئي باستخدام المجهر الإلكتروني ، فإن حقيقيات النوى بريفولدين لها بنية مماثلة. .[29]
الثالث . [30] ومع ذلك ، فإن الطريقة التي يكتسب بها شكله الوظيفي الكامل من شكله الأصلي المركب حديثًا خاصة وفريدة تقريبًا في كيمياء البروتين. قد يكون سبب هذا المسار الخاص هو الحاجة إلى تجنب وجود مونومرات الأكتين المطوية بشكل غير صحيح ، والتي يمكن أن تكون سامة لأنها يمكن أن تعمل كمنهي بلمرة غير فعال. ومع ذلك ، فهي أساسية لتحقيق استقرار الهيكل الخلوي ، بالإضافة إلى أنها عملية أساسية لتنسيق دورة الخلية . [31]
مطلوب CCT للتأكد من أن الطي يتم بشكل صحيح. CCT هي مجموعة تشبيرونين من المجموعة الثانية ، وهي مركب بروتين كبير يساعد في طي البروتينات الأخرى. يتكون CCT من حلقة مزدوجة من ثماني وحدات فرعية مختلفة (غير متجانسة - ثماني النواة) ويختلف عن مرافقي المجموعة الأولى مثل GroEL ، الموجود في Eubacteria وفي عضيات حقيقية النواة ، لأنه لا يتطلب مساعدًا مساعدًاليكون بمثابة غطاء. فوق التجويف الحفاز المركزي . ترتبط الركائز بـ CCT من خلال مجالات محددة. كان يُعتقد في البداية أنه يرتبط فقط بالأكتين والتوبيولين ، على الرغم من أن دراسات الترسيب المناعي الحديثة أظهرت أنه يتفاعل مع عدد كبير من عديد الببتيدات ، والتي ربما تعمل مثلركائز . إنه يعمل من خلال التغييرات التوافقية المعتمدة على ATP والتي تتطلب أحيانًا عدة جولات من التحرير والحفز من أجل إكمال التفاعل. [32]
من أجل إكمال طيها بنجاح ، يحتاج كل من الأكتينوالتوبيولين إلى التفاعل مع بروتين آخر يسمى بريفولدين ، وهو مركب غير متجانس هكساميريكي (يتكون من ستة وحدات فرعية متميزة) ، في تفاعل محدد جدًا لدرجة أن الجزيئات قد تطورت معًا [ بحاجة لمصدر ] . مجمعات الأكتين مع البروفولدين بينما لا تزال قيد التكوين ، عندما يكون طولها حوالي 145 حمضًا أمينيًا ، وتحديداً تلك الموجودة في N-terminal.[33]
تُستخدم وحدات تمييز فرعية مختلفة للأكتين أو التوبولين على الرغم من وجود بعض التداخل. في الأكتين ، تكون الوحدات الفرعية التي ترتبط بالبريفولدين هي على الأرجح PFD3 و PFD4 ، والتي ترتبط في مكانين ، أحدهما بين المخلفات 60-79 والآخر بين المخلفات 170-198. يتم التعرف على الأكتين وتحميله وتسليمه إلى مرافق عصاري خلوي (CCT) في شكل مفتوح من خلال النهاية الداخلية لـ "مخالب" بريفولدين (انظر الصورة والملاحظة). الاتصال عند توصيل الأكتين قصير جدًا بحيث لم يتم تشكيل مجمع العالي، وتحرير الفور prefoldin.
نموذج الشريط للمجال γ القمي لـ chaperoninCCT
نموذج الشريط للمجال γ القمي لـ chaperoninCCT ثم يتسبب CCT في الطي المتسلسل للأكتين عن طريق تكوين روابط مع وحداته الفرعية بدلاً من مجرد وضعه في تجويفه.[34] هذا هو السبب في أنها تمتلك مناطق تمييز محددة في مجالها القمي β. تتكون المرحلة الأولى من الطي من التعرف على المخلفات من 245 إلى 249. بعد ذلك ، تحدد المحددات الأخرى الاتصال. يرتبط كل من الأكتين والتوبيولين بـ CCT في مطابقة مفتوحة في غياب ATP. في حالة الأكتين ، يتم ربط وحدتين فرعيتين أثناء كل تغيير توافقي ، بينما يحدث ربط التوبولين بأربع وحدات فرعية. يحتوي الأكتين على تسلسلات ربط محددة ، والتي تتفاعل مع الوحدات الفرعية δ و β-CCT أو مع δ-CCT و ε-CCT. بعد ربط AMP-PNP بـ CCT ، تتحرك الركائز داخل تجويف المرافق. يبدو أيضًا أنه في حالة الأكتين ، فإنمطلوب بروتين CAP كعامل مساعد محتمل في حالات الطي النهائية للأكتين.
لا تزال الطريقة الدقيقة التي يتم بها تنظيم هذه العملية غير مفهومة تمامًا ، ولكن من المعروف أن البروتين PhLP3 (بروتين مشابه للفوسدوسين ) يثبط نشاطه من خلال تكوين مركب ثلاثي. [35]
آلية التحفيز ATPase
الأكتين هو أتباز ، مما يعني أنه هو الإنزيم الذيhydrolyzes ATP. تتميز هذه المجموعة من الإنزيمات بمعدلات تفاعلها البطيئة. من المعروف أن ATPase "نشط" ، أي أن سرعته تزداد بنحو 40.000 مرة عندما يشكل الأكتين جزءًا من خيوط. تبلغ القيمة المرجعية لمعدل التحلل المائي هذا في ظل الظروف المثالية حوالي 0.3ثانية -1 . بعد ذلك ، يظل P i مرتبطًا بالأكتين بجوار ADP لفترة طويلة ، حتى يتم تحريره بشكل تعاوني من داخل الشعيرة. [36]
لا تزال التفاصيل الجزيئية الدقيقة لآلية التحفيز غير مفهومة تمامًا. على الرغم من وجود الكثير من الجدل حول هذه المسألة ، يبدو من المؤكد أن التشكل "المغلق" مطلوب للتحلل المائي لـ ATP ، ويُعتقد أن البقايا المتضمنة في العملية تتحرك إلى المسافة المناسبة. و حمض الجلوتاميك Glu137 هي واحدة من بقايا الرئيسية، والذي يقع في نطاق فرعي 1. وتتمثل مهمتها في ربط جزيء الماء الذي ينتج هجوم أليف النواة على γ-الفوسفات ATP وفي السندات، في حين أن النيوكليوتيد مرتبط بشدة بالمجالات الفرعية 3 و 4. يرجع بطء العملية التحفيزية إلى المسافة الكبيرة والموضع المنحرف لجزيء الماء بالنسبة إلى المادة المتفاعلة. من المحتمل جدًا أن يؤدي التغيير التوافقي الناتج عن دوران المجالات بين شكلي G و F في أكتين إلى تحريك Glu137 أقرب مما يسمح بالتحلل المائي. يشير هذا النموذج إلى أن البلمرة ووظيفة ATPase سيتم فصلهما على الفور. و "فتح" إلى "مغلقة" اتسمت تحول بين G و F الأشكال وآثارها على الحركة النسبية للعديد من مخلفات مفتاح وتشكيل الأسلاك المياه في الديناميات الجزيئية و QM / MM المحاكاة. [37]
علم الوراثة
كان الأكتين واحدًا من أكثر البروتينات التي تم الحفاظ
التفاعلات الرئيسية من البروتينات الهيكلية في كادهيرين الملتصقة المستندة إلى تقاطع. ترتبط خيوط الأكتين بـ α- أكتينين وبالغشاء من خلال الفينكولين . يرتبط المجال الرئيسي للفينكولين بـ E-cadherin عبر α-catenin و β-catenin و γ-catenin . يرتبط مجال ذيل الفينكولين بالدهون الغشائية وخيوط الأكتين.
.[38]عليها بشكل كبير خلال التطور لأنه يتفاعل مع عدد كبير من البروتينات الأخرى. يحتوي على 80.2 ٪ من الحفظ المتسلسل على مستوى الجينات بين Homo sapiens و Saccharomyces cerevisiae (نوع من الخميرة) ، و 95 ٪ الحفاظ على الهيكل الأساسي لمنتج البروتين.
على الرغم من أن معظم الخمائر تحتوي على جين أكتين واحد فقط ، فإن حقيقيات النوى الأعلى ، بشكل عام ، تعبر عن العديد من الأشكال الإسوية من الأكتين المشفرة بواسطة عائلة من الجينات ذات الصلة. تحتوي الثديياتعلى ما لا يقل عن ستة أشكال إسوية أكتين مشفرة بواسطة جينات منفصلة ، [39]والتي تنقسم إلى ثلاث فئات (ألفا ،وبيتا ، وجاما) وفقًا لنقاطها الكهربية . بشكل عام ، توجد الأكتينات ألفا في العضلات (α-skeletal ، α-aortic soft ، α-cardiac) ، في حين أن الأشكال الإسوية بيتا وجاما بارزة في الخلايا غير العضلية (β-cytoplasmic ، γ1-cytoplasmic ، γ2- معوي أملس) . على الرغم من تسلسل الأحماض الأمينية وفي المختبرتتشابه خصائص الأشكال الإسوية إلى حد كبير ، ولا يمكن لهذه الأشكال الإسوية أن تحل تمامًا محل بعضها البعض في الجسم الحي .
يحتوي جين الأكتين النموذجي على حوالي 100 نيوكليوتيد 5 'UTR ، ومنطقة مترجمة 1200 نيوكليوتيد ، و 200 نيوكليوتيد 3' UTR . يتم مقاطعة غالبية جينات الأكتين عن طريق الإنترونات ، مع ما يصل إلى ستة إنترونات في أي من 19 موقعًا متميزًا. يجعل الحفظ العالي للعائلة الأكتين النموذج المفضل للدراسات التي تقارن بين نماذج الإنترونات المبكرة والإنترونات المتأخرة لتطور الإنترون.
كل غير كروية بدائيات النوى ويبدو أن تمتلك جينات مثلMreB ، التي ترميز المتماثلات الأكتين. هذه الجينات مطلوبة للحفاظ على شكل الخلية. يقوم الجين المشتق من البلازميد بارم بتشفير بروتين شبيه بالأكتين يكون شكلَهُ المبلمر غير مستقر ديناميكيًا ، ويبدو أنه يقسم DNAالبلازميد إلى خلايا ابنته أثناء انقسام الخلية بواسطة آلية مماثلة لتلك المستخدمة بواسطة الأنابيب الدقيقة في الانقسام حقيقية النواة .[40] تم العثور على الأكتين في كل من الشبكيات الإندوبلازمية الملساء والخشنة.
ديناميات التجميع
التنوي والبلمرة
عوامل النواة ضرورية لتحفيز بلمرة الأكتين. أحد هذه
تكوين خيوط رفيعة تظهر آلية البلمرة لتحويل G-actin إلى F-actin ؛ لاحظ التحلل المائي لـ ATP.
العوامل هو مركب Arp2 / 3 ، الذي يحاكي ثنائيات G-actin من أجل تحفيز التنوي (أو تكوين الثلث الأول) لـ G-actin الأحادي. و Arp2 / 3 معقدة تربط لالأكتين خيوط في 70 درجة لتشكيل فروع جديدة الأكتين خارج القائمة الأكتين خيوط. التنوي Arp2 / 3 بوساطة ضروري للهجرة الخلوية الموجهة.[41] أيضًا ، تربط خيوط الأكتين نفسها بـ ATP ، ويؤدي التحلل المائي لـ ATP إلى زعزعة استقرار البوليمر.
نمو شعيرات الأكتين يمكن ينظمها ثيموسين و profilin . يرتبط الثيموسين بـ G-actin لعزل عملية البلمرة ، بينما يرتبط البروفيلين بـ G-actin لتبادل ADP لـ ATP ، مما يعزز الإضافة الأحادية إلى الشائكة ، بالإضافة إلى نهاية خيوط F-actin.
F-actin قوي وديناميكي. على عكس البوليمرات الأخرى ، مثل الحمض النووي ، الذي ترتبط عناصره المكونة معروابط تساهمية ، يتم تجميع مونومرات خيوط الأكتين بواسطة روابط أضعف. تحل الروابط الجانبية مع المونومرات المجاورة هذه الحالة الشاذة ، والتي من الناحية النظرية يجب أن تضعف الهيكل حيث يمكن كسرها عن طريق التحريض الحراري. بالإضافة إلى ذلك ، تمنح الروابط الضعيفة ميزة أن الأطراف الخيطية يمكنها بسهولة تحرير أو دمج المونومرات. وهذا يعني أنه يمكن إعادة تشكيل الخيوط بسرعة ويمكن أن تغير البنية الخلوية استجابةً لمحفز بيئي. التي ، جنبا إلى جنب مع الكيمياء الحيويةالآلية التي يتم بواسطتها تُعرف باسم "ديناميكية التجميع".
دراسات في المختبر
يتم إجراء الدراسات التي تركز على تراكم وفقدان الوحدات الفرعية بواسطة الألياف الدقيقة في المختبر (أي في المختبر وليس على الأنظمة الخلوية) حيث تؤدي بلمرة الأكتين الناتج إلى نفس الأكتين F كما ينتج في الجسم الحي . و في الجسم الحي يتم التحكم العملية عن طريق العديد من البروتينات من أجل جعلها تستجيب لمطالب الخلوية، وهذا يجعل من الصعب مراقبة الأوضاع الأساسية.
يحدث الإنتاج في المختبر بطريقة متسلسلة:
أولاً ، هناك "مرحلة التنشيط" ، عندما يحدث الترابط وتبادل الكاتيونات ثنائية التكافؤ في أماكن محددة على G-actin ، المرتبط بـ ATP. ينتج عن ذلك تغيير في التوافق ، يُسمى أحيانًا مونومر G * -actin أو F-actin لأنه يشبه إلى حد بعيد الوحدات الموجودة على الفتيل. هذا يجهزها لـ "طور التنوي" ، حيث يؤدي الأكتين G إلى ظهور شظايا صغيرة غير مستقرة من F-actin تكون قادرة على البلمرة. يتم تشكيل الثنائيات والقواطع غير المستقرة في البداية. تبدأ "مرحلة الاستطالة" عندما يكون هناك عدد كبير بما فيه الكفاية من هذه البوليمرات القصيرة. في هذه المرحلة ، تتشكل الخيوط وتنمو بسرعة من خلال الإضافة القابلة للانعكاس لمونومرات جديدة في كلا الطرفين.أخيرًا ، يتم تحقيق توازن ثابت حيث يتم تبادل مونومرات G-actin عند طرفي الميكروفيلم دون أي تغيير في طوله الإجمالي. في هذه المرحلة الأخيرة ، يُعرَّف "التركيز الحرج C c " على أنه النسبة بين ثابت التجميع وثابت التفكك لـ G-actin ، حيث لا ينتج عن الديناميكية الخاصة بإضافة وإزالة الثنائيات والقواطع أي تغيير في طول الميكروفيلمنت. تحت في المختبر الظروف C ج هو 0.1 ميكرومتر،[42] وهو ما يعني أنه في حدوث ارتفاع قيم البلمرة وفي انخفاض قيم يحدث التحلل.
دور التحلل المائي ATP
كما هو موضح أعلاه ، على الرغم من أن الأكتين يحلل ATP ، فإن كل شيء يشير إلى حقيقة أن ATP ليس مطلوبًا لتجميع الأكتين ، بالنظر إلى أنه من ناحية ، يحدث التحلل المائي بشكل أساسي داخل الشعيرة ، ومن ناحية أخرى يمكن لـ ADP أيضًا تحريض البلمرة. هذا يطرح السؤال عن فهم أي عملية غير مواتية للديناميكا الحرارية تتطلب مثل هذا الإنفاق الهائل للطاقة. تتكون دورة الأكتين ، التي تجمع بين التحلل المائي لـ ATP إلى بلمرة الأكتين ، من الإضافة التفضيلية لمونومرات G-actin-ATP إلى نهاية الشعيرة الشائكة ، والتفكيك المتزامن لمونومرات F-actin-ADP عند الطرف المدبب حيث يكون ADP لاحقًا تحولت إلى ATP ، وبالتالي إغلاق الدورة. يُعرف هذا الجانب من تكوين خيوط الأكتين "بالمطاحن".
يتحلل ATP بالماء بسرعة نسبيًا بعد إضافة مونومر G-actin إلى الفتيل. هناك نوعان من الفرضيات حول كيفية حدوث ذلك ؛ على مؤشر ستوكاستيك ، مما يوحي بأن التحلل عشوائيا يحدث بطريقة ما في بعض الطريق تتأثر جزيئات المجاورة؛ والمتجهية ، مما يشير إلى أن التحلل المائي يحدث فقط بجوار الجزيئات الأخرى التي تم تحلل ATP فيها بالفعل. في كلتا الحالتين ، لا يتم تحرير P iالناتج ؛ يبقى لبعض الوقت مرتبطًا بشكل غير تساهمي بـ ADP في أكتين. بهذه الطريقة توجد ثلاثة أنواع من الأكتين في الشعيرة: ATP- Actin و ADP + P i -Actin و ADP-Actin. تعتمد كمية كل نوع من هذه الأنواع الموجودة في خيوط على طوله وحالته: مع بدء الاستطالة ، يحتوي الخيط على كمية متساوية تقريبًا من مونومرات الأكتين المرتبطة بـ ATP و ADP + P i وكمية صغيرة من ADP-Actin عند (-) النهاية. عندما يتم الوصول إلى الحالة الثابتة ، ينعكس الموقف ، مع وجود ADP على طول غالبية الفتيل والمنطقة الأقرب للنهاية (+) التي تحتوي على ADP + P i ومع وجود ATP فقط عند الطرف.
إذا قارنا الخيوط التي تحتوي فقط على ADP-Actin مع تلك التي تتضمن ATP ، في السابق تكون الثوابت الحرجة متشابهة في كلا الطرفين ، بينما C c للنيوكليوتيدات الأخرى مختلفة: عند الطرف (+) Cc + = 0.1 μM ، بينما في الطرف (-) Cc - = 0.8 ميكرومتر ، مما يؤدي إلى المواقف التالية:
بالنسبة لتركيزات G-actin-ATP أقل من Cc + لا يحدث استطالة في الفتيل.
بالنسبة لتركيزات G-actin-ATP أقل من Cc - لكن الاستطالة أكبر من Cc + يحدث عند النهاية (+).
بالنسبة لتركيزات G-actin-ATP الأكبر من Cc - ينمو الخيط الدقيق عند كلا الطرفين.
لذلك من الممكن استنتاج أن الطاقة الناتجة عن التحلل المائي تُستخدم لإنشاء "حالة ثابتة" حقيقية ، أي تدفق ، بدلاً من توازن بسيط ، ديناميكي ، قطبي ، ومتصل بالخيوط. هذا يبرر إنفاق الطاقة لأنه يعزز الوظائف البيولوجية الأساسية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم الكشف عن تكوين أنواع المونومر المختلفة بواسطة بروتينات ربط الأكتين ، والتي تتحكم أيضًا في هذه الديناميكية ، كما سيتم وصفه في القسم التالي.
تم العثور على تشكيل الميكروفيلم عن طريق جهاز المشي ليكون غير نمطي في الستريوسيليا . في هذه الحالة ، يكون التحكم في حجم الهيكل قميًا تمامًا ويتم التحكم فيه بطريقة ما عن طريق التعبير الجيني ، أي من خلال الكمية الإجمالية لمونومر البروتين المركب في أي لحظة معينة.
البروتينات المرتبطة
لا يتكون الهيكل الخلوي للأكتين في الجسم الحي
مركب أكتين (أخضر) - بروفيلين (أزرق). وprofilin يظهر ينتمي إلى المجموعة الثانية، تتواجد عادة في الكليتين و الدماغ .
حصريًا من الأكتين ، فالبروتينات الأخرى مطلوبة لتكوينه واستمراريته ووظيفته. تسمى هذه البروتينات بروتيناتربط الأكتين (ABP) وهي تشارك في بلمرة الأكتين ، وإزالة البلمرة ، والاستقرار ، والتنظيم في حزم أو شبكات ، والتجزئة ، والتدمير. تنوع هذه البروتينات يُعتقد أن الأكتين هو البروتين الذي يشارك في أكبر عدد من تفاعلات البروتين والبروتين . على سبيل المثال ، توجد عناصر عزل G-actin التي تعيق دمجها في الميكروفيلامين. هناك أيضًا بروتينات تحفز البلمرة أو تعطي تعقيدًا لشبكات التركيب.
Thymosin β-4 هو بروتين 5 كيلو دالتون يمكن أن يرتبط بـ G-actin-ATP في 1: 1 متكافئ . مما يعني أن وحدة واحدة من ثيموسين β-4 ترتبط بوحدة واحدة من G-actin. يتمثل دوره في إعاقة دمج المونومرات في البوليمر المتنامي.
Profilin ، هو بروتين عصاري خلوي بوزن جزيئي 15 كيلو دالتون ، والذي يرتبط أيضًا بـ G-actin-ATP أو -ADP بقياس متكافئ 1: 1 ، ولكن له وظيفة مختلفة لأنه يسهل استبدال نيوكليوتيدات ADP بواسطة ATP . كما أنه متورط في وظائف خلوية أخرى ، مثل ربط تكرارالبرولين في البروتينات الأخرى أو الدهون التي تعمل بمثابة رسل ثانوي . بروتين الجلسولين ، وهو منظم رئيسي في تجميع وتفكيك الأكتين. يحتوي على ستة نطاقات فرعية ، S1-S6 ، يتكون كل منها من ورقة β ذات خمس خيوط يحيط بها حلزون α ، أحدهما متعامد مع الخيوط والآخر في وضع موازٍ. يشكل كل من الطرف N ، (S1-S3) ، والنهاية الطرفية C ، (S4-S6) ورقة β ممتدة. .[43][44]تقوم البروتينات الأخرى التي ترتبط بالأكتين بتنظيم طول الألياف الدقيقة عن طريق قطعها ، مما يؤدي إلى ظهور نهايات نشطة جديدة للبلمرة. على سبيل المثال ، إذا تم قطع خيوط دقيقة ذات نهايتين مرتين ، فسيكون هناك ثلاثة خيوط دقيقة جديدة بستة أطراف. هذا الوضع الجديد يفضل ديناميكيات التجميع والتفكيك. ولعل أبرز هذه البروتينات هي gelsolin و cofilin . هذه البروتينات أولا تحقيق خفض ملزمة لمونومر الأكتين تقع في البوليمر أنها ثم تغيير مونومر الأكتين في التشكل في حين تبقى منضمة إلى نهاية (+) التي تم إنشاؤها حديثا. هذا له تأثير في إعاقة إضافة أو تبادل وحدات فرعية جديدة من G-actin. يتم تشجيع إزالة البلمرة حيث أن النهايات (-) غير مرتبطة بأي جزيء آخر.
تغطي البروتينات الأخرى التي ترتبط مع الأكتين أطراف F-actin من أجل تثبيتها ، لكنها غير قادرة على كسرها. أمثلة على هذا النوع من البروتين هي CapZ ، والتي تربط النهايات (+) اعتمادًا على مستويات الخلية من Ca 2+ / calodulin . تعتمد هذه المستويات على الإشارات الداخلية والخارجية للخلية وتشارك في تنظيم وظائفها البيولوجية). مثال آخر هو تروبومودولين (الذي يرتبط بالنهاية (-)). Tropomodulin في الأساس يعمل على استقرار F-الأكتين موجودة في اللييفات العضلية تقدم في العضلات ساركومير ، وهي الهياكل التي تتميز استقرارها كبير.
التركيب الذري لـ Arp2 / 3. كل لون يتوافق مع وحدة فرعية: Arp3 ، برتقالي ؛ Arp2 ، أزرق البحر (الوحدات الفرعية 1 و 2 غير معروضة) ؛ص 40 ، أخضر ؛ ص 34 ، أزرق فاتح ؛ ص 20 ، أزرق داكن ؛ p21 ، أرجواني ؛ ص 16 ، أصفر.
تم العثور على مجمع Arp2 / 3 على نطاق واسع في جميعالكائنات حقيقية النواة . وتتكون من سبع وحدات فرعية ، بعضها يمتلك طوبولوجيا ترتبط بوضوح بوظيفتها البيولوجية: اثنتان من الوحدات الفرعية ، ARP2 و ARP3 ، لها بنية مشابهة لمونومرات الأكتين. يسمح هذا التناظر لكلا الوحدتين بالعمل كعوامل تنوي في بلمرة G-actin و F-actin. هذا المركب مطلوب أيضًا في عمليات أكثر تعقيدًا مثل إنشاء الهياكل التغصنية وأيضًا في التفاغر (إعادة توصيل بنيتين متفرعتين تم ربطهما سابقًا ، مثل الأوعية الدموية). [45]
