Ključna razlika med dinamično nestabilnostjo in treadmillingom je, da se dinamična nestabilnost pojavi, ko se mikrotubuli sestavljajo in razstavljajo na enem koncu, medtem ko se treadmilling pojavi, ko en konec polimerizira, drugi konec pa razpade.
Mikrotubuli so dinamični celični polimeri. Uravnavajo številne celične aktivnosti, ki so bistvenega pomena za človeško telo. To so celična delitev, mitoza, adhezija, usmerjene migracije, celično signaliziranje, dostava veziklov in beljakovin naprej in nazaj iz plazemske membrane, polimerizacija ter preoblikovanje celične organizacije in celične oblike. Citoskelet je sestavljen iz mikrotubulov, intermediarnih filamentov in aktinskih filamentov. Preoblikujejo ali reorganizirajo se kot odgovor na zunanje signale, ki uravnavajo celične aktivnosti. Dinamična nestabilnost in tekalna steza sta dva pojava, ki se pojavljata v mnogih celičnih citoskeletnih filamentih.
Kaj je dinamična nestabilnost?
Dinamična nestabilnost omogoča celicam, da po potrebi hitro reorganizirajo citoskelet. Mikrotubule vsebujejo edinstvene dinamične značilnosti. Na splošno podmnožica mikrotubulov hitro raste, medtem ko se druge krčijo. Ta kombinacija krčenja, rasti in hitrih prehodov med dvema stanjema se imenuje dinamična nestabilnost. Dinamični mikrotubuli imajo omejeno življenjsko dobo, zato so snopi mikrotubulov v rekreacijskem procesu. Procesi rasti in krčenja mikrotubulov so aktivni procesi in porabljajo energijo. Zaradi tega se mikrotubuli hitreje prilagajajo spreminjajočim se okoljem. To jim omogoča tudi strukturno ureditev kot odgovor na potrebe celic.
Slika 01: Dinamična nestabilnost
Mikrotubuli so zgrajeni iz beljakovinskih podenot tubulina, vezanih na gvanozin trifosfat (GTP), ki je nosilec energije. Celice porabljajo energijo za vzdrževanje visoke koncentracije GTP-tubulina za polimerizacijo. Ta proces se hitro poveže s konci mikrotubulov in olajša rast mikrotubulov. Po vgradnji podenot v mikrotubule GTP hidrolizira v gvanozin difosfat (GDP), pri čemer se sprosti energija. GDP-tubulin se ne zvija navzven, ko je ujet v mikrotubulih. Mikrotubuli rastejo, medtem ko so konci stabilni. Ko pa se konci začnejo ločevati, pride do razširitve. Posledica tega je sproščanje energije v podenotah tubulina, ko se mikrotubuli hitro skrčijo.
Kaj je tek na stezi?
Treadmilling se pojavlja v mnogih filamentih celičnega citoskeleta, zlasti v filamentih aktina in mikrotubulih. To se zgodi, ko se dolžina enega filamenta poveča, medtem ko se drugi konec skrči. Posledica tega je odsek filamenta, ki se premika po citosolu ali stratumu. To je tudi posledica nenehnega odstranjevanja beljakovinskih podenot iz filamentov na enem koncu, medtem ko se proteinske podenote dodajajo z drugega konca. Oba konca aktinskega filamenta se razlikujeta po dodajanju in odstranjevanju podenot. Plus konci s hitrejšo dinamiko se imenujejo bodeči konci, minus konci s počasnejšo dinamiko pa koničasti konci. Podaljšanje aktinskih filamentov poteka, ko se G-aktin (prosti aktin) veže na ATP. Na splošno je pozitivni konec povezan z G-aktinom. Vezava G-aktina v F-aktin poteka z regulacijo kritične koncentracije.
Slika 02: Actin tekalna steza
Kritična koncentracija je koncentracija G-aktina ali mikrotubulov, ki ostanejo pri ravnotežni stopnji brez rasti ali krčenja. Polimerizacija aktina nadalje regulira profilin in kofilin. Profilin je protein, ki veže aktin in sodeluje pri dinamičnem preoblikovanju in rekonstrukciji aktina. Kofilin je družina proteinov, ki veže aktin, povezana s hitro depolimerizacijo aktinskih mikrofilamentov. Tekanje mikrotubulov se pojavi, ko en konec polimerizira, drugi pa se razgradi.
Kakšne so podobnosti med dinamično nestabilnostjo in tekalno stezo?
- Dinamična nestabilnost in tekalna steza sta obnašanja v citoskeletnih polimerih.
- Nastajajo v mikrotubulih.
- Poleg tega sta oba povezana s hidrolizo nukleozid trifosfata.
- Sodelujejo pri rasti in krčenju filamentov.
- Oba sta aktivna procesa.
- Poleg tega potrebujejo energijo.
Kakšna je razlika med dinamično nestabilnostjo in tekalno stezo?
Dinamična nestabilnost poteka v mikrotubulih in se sestavljajo in razstavljajo na enem koncu. Medtem se v aktinskih filamentih in mikrotubulih pojavi tekalna steza. To je torej ključna razlika med dinamično nestabilnostjo in tekalno stezo. Poleg tega je glavni protein, ki sodeluje pri dinamični nestabilnosti, tubulin, medtem ko je pri tekalni stezi aktin. Tudi nukleotidi, vezani na GTP, večinoma zagotavljajo energijo za proces dinamične nestabilnosti. Ker ATP zagotavlja energijo za tek.
Spodnja infografika predstavlja razlike med dinamično nestabilnostjo in tekaško stezo v obliki tabele za vzporedno primerjavo.
Povzetek – dinamična nestabilnost proti tekalni stezi
Dinamična nestabilnost poteka v mikrotubulih in se sestavljajo in razstavljajo na enem koncu. Treadmilling se pojavi v aktinskih filamentih in mikrotubulih. Dinamična nestabilnost omogoča celicam, da po potrebi hitro reorganizirajo citoskelet. Treadmilling se pojavi v mnogih filamentih celičnega citoskeleta. Podmnožica mikrotubulov hitro raste, medtem ko se druge krčijo; zato med dinamično nestabilnostjo obstaja hitro prehodno stanje. Med tekaško stezo se dolžina enega filamenta podaljša, drugi konec pa skrči. Torej, to povzema razliko med dinamično nestabilnostjo in tekaško stezo.
