Kľúčový rozdiel medzi dynamickou nestabilitou a bežeckým frézovaním je v tom, že dynamická nestabilita nastáva, keď sa mikrotubuly na jednom konci zhromažďujú a rozkladajú, zatiaľ čo bežecké frézovanie nastáva, keď jeden koniec polymerizuje a druhý sa rozpadá.
Mikrotubuly sú dynamické bunkové polyméry. Regulujú mnohé bunkové aktivity, ktoré sú nevyhnutné pre ľudské telo. Sú to bunkové delenie, mitóza, adhézia, riadená migrácia, bunková signalizácia, dodávanie vezikúl a proteínov tam a späť z plazmatickej membrány, polymerizácia a prestavba bunkovej organizácie a tvaru bunky. Cytoskelet obsahuje mikrotubuly, intermediárne filamenty a aktínové filamenty. Sami sa prerobia alebo reorganizujú v reakcii na vonkajšie signály, ktoré regulujú bunkové aktivity. Dynamická nestabilita a treadmilling sú dva javy vyskytujúce sa v mnohých bunkových cytoskeletálnych vláknach.
Čo je dynamická nestabilita?
Dynamická nestabilita umožňuje bunkám v prípade potreby rýchlo reorganizovať cytoskelet. Mikrotubuly obsahujú jedinečné dynamické vlastnosti. Vo všeobecnosti podskupina mikrotubulov rýchlo rastie, zatiaľ čo iné sa zmenšujú. Táto kombinácia zmenšovania, rastu a rýchlych prechodov medzi dvoma stavmi sa nazýva dynamická nestabilita. Dynamické mikrotubuly majú obmedzenú životnosť, takže zväzky mikrotubulov sú v procese rekreácie. Procesy rastu a zmršťovania mikrotubulov sú aktívne procesy a spotrebúvajú energiu. Vďaka tomu sa mikrotubuly rýchlejšie prispôsobujú meniacemu sa prostrediu. To im tiež umožňuje robiť štrukturálne usporiadania v reakcii na potreby buniek.
Obrázok 01: Dynamická nestabilita
Mikrotubuly sú tvorené proteínovými tubulínovými podjednotkami naviazanými na guanozíntrifosfát (GTP), ktorý je nosičom energie. Bunky spotrebúvajú energiu na udržanie vysokej koncentrácie GTP-tubulínu na polymerizáciu. Tento proces je rýchlo spojený s koncami mikrotubulov a uľahčuje rast mikrotubulov. Po začlenení podjednotiek do mikrotubulov sa GTP hydrolyzuje na guanozíndifosfát (GDP), pričom sa uvoľňuje energia. GDP-tubulín sa nestáča smerom von, kým je zachytený v mikrotubuloch. Mikrotubuly rastú, zatiaľ čo konce sú stabilné. Keď sa však konce začnú oddeľovať, dôjde k expanzii. Výsledkom je uvoľnenie energie v podjednotkách tubulínu, pretože mikrotubuly sa rýchlo zmenšujú.
Čo je bežecký pás?
Treadmilling sa vyskytuje v mnohých vláknach bunkového cytoskeletu, najmä v aktínových vláknach a mikrotubuloch. K tomu dochádza, keď dĺžka jedného vlákna rastie, zatiaľ čo druhý koniec sa zmenšuje. Výsledkom je časť vlákna, ktorá sa pohybuje cez cytosól alebo vrstvu. To je tiež spôsobené neustálym odstraňovaním proteínových podjednotiek z vlákien na jednom konci, zatiaľ čo proteínové podjednotky sa pridávajú z druhého konca. Dva konce aktínového vlákna sa líšia pridaním a odstránením podjednotiek. Plusové konce s rýchlejšou dynamikou sa nazývajú ostnaté konce a mínusové konce s pomalšou dynamikou sa nazývajú špicaté konce. K predĺženiu aktínových filamentov dochádza, keď sa G-aktín (voľný aktín) viaže na ATP. Vo všeobecnosti je pozitívny koniec spojený s G-aktínom. Väzba G-aktínu na F-aktín prebieha reguláciou kritickej koncentrácie.
Obrázok 02: Actin Treadmilling
Kritická koncentrácia je koncentrácia G-aktínu alebo mikrotubulov, ktoré zostávajú v rovnovážnej miere bez akéhokoľvek rastu alebo zmršťovania. Polymerizácia aktínu ďalej reguluje profilín a kofilín. Profilín je proteín viažuci aktín, ktorý sa podieľa na dynamickom obrate a rekonštrukcii aktínu. Kofilín je rodina proteínov viažucich aktín spojená s rýchlou depolymerizáciou aktínových mikrofilamentov. K šliapaniu mikrotubulov dochádza, keď jeden koniec polymerizuje, zatiaľ čo druhý sa rozoberá.
Aké sú podobnosti medzi dynamickou nestabilitou a bežeckým pásom?
- Dynamická nestabilita a behanie sú správanie v cytoskeletálnych polyméroch.
- Vyskytujú sa v mikrotubuloch.
- Oboje sú navyše spojené s hydrolýzou nukleozidtrifosfátu.
- Podieľajú sa na raste a zmršťovaní filamentov.
- Oba sú aktívne procesy.
- Okrem toho vyžadujú energiu.
Aký je rozdiel medzi dynamickou nestabilitou a bežeckým pásom?
V mikrotubuloch dochádza k dynamickej nestabilite a na jednom konci sa skladajú a rozkladajú. Medzitým dochádza k šliapaniu v aktínových vláknach a mikrotubuloch. Toto je kľúčový rozdiel medzi dynamickou nestabilitou a bežeckým pásom. Okrem toho je hlavným proteínom podieľajúcim sa na dynamickej nestabilite tubulín, zatiaľ čo pri trenažéri je to aktín. Tiež nukleotidy viazané na GTP poskytujú hlavne energiu pre proces dynamickej nestability. ATP poskytuje energiu pre bežecký pás.
Nasledujúca infografika predstavuje rozdiely medzi dynamickou nestabilitou a treadmillingom v tabuľkovej forme na porovnanie vedľa seba.
Zhrnutie – Dynamická nestabilita vs bežecký pás
V mikrotubuloch dochádza k dynamickej nestabilite a na jednom konci sa skladajú a rozkladajú. Treadmilling sa vyskytuje v aktínových vláknach a mikrotubuloch. Dynamická nestabilita umožňuje bunkám v prípade potreby rýchlo reorganizovať cytoskelet. Treadmilling sa vyskytuje v mnohých vláknach bunkového cytoskeletu. Podskupina mikrotubulov rýchlo rastie, zatiaľ čo iné sa zmenšujú; preto počas dynamickej nestability existuje rýchly prechodový stav. Počas šliapania sa dĺžka jedného vlákna predlžuje, zatiaľ čo druhý koniec sa zmenšuje. Toto sumarizuje rozdiel medzi dynamickou nestabilitou a treadmillingom.
