Aktīns ir strukturāls proteīns, kas atrodams visās eikariotu šūnās. Tas piedalās citoskeleta un muskuļu struktūrā.
Kas ir aktīns
Aktīns ir evolucionāri ļoti sena olbaltumvielu molekula. Kā strukturāls proteīns tas atrodas katras eikariotu šūnas citoplazmā un visu muskuļu šķiedru sarkomerā.
Kopā ar mikrotubulēm un starpposma pavedieniem tas veido katras šūnas citoskeletu aktīna pavedienu formā. Tas ir kopīgi atbildīgs par šūnas struktūras veidošanos un molekulu un šūnu organellu pārvietošanos šūnā. Tas pats attiecas uz šūnu kohēziju caur stingriem vai adrens krustojumiem. Muskuļu šķiedrās aktīns kopā ar olbaltumvielām miozīnu, troponīnu un tropomiozīnu rada muskuļu kontrakcijas.
Aktīnu var iedalīt trīs funkcionālās vienībās - alfa-aktīnā, beta-aktīnā un gamma-aktīnā. Alfaktīns ir muskuļu šķiedru strukturālā sastāvdaļa, savukārt beta un gammaktīns galvenokārt atrodams šūnu citoplazmā. Aktīns ir ļoti konservēts proteīns, kas notiek vienšūnu eikariotu šūnās ar ļoti mazām novirzēm aminoskābju secībā. Cilvēkiem 10 procenti no visām olbaltumvielu molekulām muskuļu šūnās sastāv no aktīna. Visas pārējās šūnas citoplazmā joprojām satur no 1 līdz 5 procentiem šīs molekulas.
Funkcija, efekts un uzdevumi
Aktīns pilda svarīgas funkcijas šūnās un muskuļu šķiedrās. Šūnas citoplazmā kā citoskeleta sastāvdaļa tas veido blīvu trīsdimensiju tīklu, kas kopā satur šūnu struktūras.
Atsevišķos tīkla punktos struktūras nostiprinās, veidojot membrānas izliekumus, piemēram, mikrovilli, sinapses vai pseidopodijas. Šūnu kontaktiem ir pieejami Adherens savienojumi un Stingrie savienojumi. Kopumā aktīns veicina šūnu un audu stabilitāti un formu. Papildus stabilitātei aktīns nodrošina arī transporta procesus šūnā. Tas saista svarīgus strukturāli saistītus transmembranālos proteīnus, lai tie paliktu tiešā tuvumā. Ar miozīnu (mehānisko olbaltumvielu) palīdzību aktīna šķiedras pārvadā arī nelielus attālumus.
Piemēram, pūslīšus var pārvadāt uz membrānu. Garākus posmus mikrotubulas pārņem ar motoro proteīnu kinezīna un dyneīna palīdzību. Aktīns arī nodrošina šūnu mobilitāti. Šūnām ir jāspēj daudzos gadījumos migrēt ķermenī. Tas jo īpaši attiecas uz imūno reakciju vai brūču sadzīšanu, kā arī uz vispārīgām kustībām vai šūnu formas izmaiņām. Kustības var balstīt uz diviem dažādiem procesiem. No vienas puses, kustību var izraisīt virzīta polimerizācijas reakcija un, no otras puses, ar aktīna-miozīna mijiedarbību.
Aktīna un miozīna mijiedarbībā aktīna šķiedras tiek veidotas kā šķiedru saišķi, kas darbojas kā virvju vilkšana ar miozīna palīdzību. Aktīna pavedieni var izraisīt šūnu pāraugšanu pseidopodijas (filopodijas un lamellipodijas) veidā. Papildus daudzveidīgajām funkcijām šūnā aktīns, protams, ir atbildīgs arī par skeleta muskuļu un gludo muskuļu kontrakcijām. Šīs kustības balstās arī uz aktīna un miozīna mijiedarbību. Lai to nodrošinātu, daudzi aktīna pavedieni ir ļoti sakārtoti savienoti ar citiem proteīniem.
Izglītība, sastopamība, īpašības un optimālās vērtības
Kā jau minēts, aktīns ir atrodams visos eikariotu organismos un šūnās. Tā ir neatņemama citoplazmas daļa un nodrošina šūnu stabilitāti, strukturāli saistītu olbaltumvielu nostiprināšanu, pūslīšu pārvadāšanu nelielā attālumā uz šūnas membrānu un šūnu kustīgumu. Bez aktīna šūna nespētu izdzīvot. Ir seši dažādi aktīna varianti, kas ir sadalīti trīs alfa variantos, vienā beta variantā un divos gamma variantos.
Alfa aktīni ir iesaistīti muskuļu attīstībā un kontrakcijās. Beta-aktīnam un gamma-1-aktiīnam ir liela nozīme citoplazmā esošajam citoskeletam. Gamma-2-aktīns savukārt ir atbildīgs par gludās muskulatūras un zarnu muskuļiem. Sintēzes laikā sākotnēji veidojas monomērs globāls aktīns, kas pazīstams arī kā G-aktīns. Atsevišķās monomēru olbaltumvielu molekulas savukārt polimerizējas, veidojot pavediena F-aktīnu.
Polimerizācijas procesa laikā vairāki sfēriski monomēri apvienojas, veidojot garu, pavedienam līdzīgu F-aktīnu. Ķēžu uzbūve un sadalījums ir ļoti dinamiski. Tādā veidā aktīna sistēmu var ātri pielāgot pašreizējām prasībām. Turklāt šis process nodrošina arī šūnu kustības. Šīs reakcijas var kavēt ar tā sauktajiem citoskeleta inhibitoriem. Izmantojot šīs vielas, tiek kavēta polimerizācija vai depolimerizācija. Ķīmijterapijas kontekstā tām ir medicīniska nozīme kā zālēm.
Slimības un traucējumi
Tā kā aktīns ir būtiska visu šūnu sastāvdaļa, daudzas struktūras izmaiņas, ko izraisa mutācijas, noved pie organisma nāves. Alfa aktīnu gēnu mutācijas var izraisīt muskuļu traucējumus. Īpaši tas attiecas uz alfa-1-aktīnu.
Sakarā ar to, ka alfa-2-aktiīns ir atbildīgs par aortas muskuļiem, var rasties ģimenes krūšu kurvja aortas aneirisma, ja ACTA2 gēns ir mutēts. ACTA2 gēns kodē alfa-2-aktīnu. Sirds alfa aktīna mutācija ACTC1 gēnā izraisa paplašinātu kardiomiopātiju. Turklāt ACTB kā citoplazmas beta-aktīna gēna mutācija var izraisīt lielu šūnu un difūzu B šūnu limfomu. Dažām autoimūnām slimībām var būt paaugstināts aktīna antivielu līmenis.
Tas jo īpaši attiecas uz autoimūnu aknu iekaisumu. Tā ir hroniska hepatīta gaita, kas ilgtermiņā noved pie aknu cirozes. Šeit tiek atrasta antiviela pret gludo muskuļu aktīnu. Diferenciāldiagnozes ziņā autoimūno hepatītu nav tik viegli atšķirt no hroniska vīrusu hepatīta. Tā kā hroniska vīrusu hepatīta gadījumā antivielas pret aktīnu var stimulēt arī mazākā mērā.
