Η βασική διαφορά μεταξύ δυναμικής αστάθειας και διαδρόμου είναι ότι η δυναμική αστάθεια εμφανίζεται όταν οι μικροσωληνίσκοι συναρμολογούνται και αποσυναρμολογούνται στο ένα άκρο, ενώ ο διάδρομος πραγματοποιείται όταν το ένα άκρο πολυμερίζεται και το άλλο άκρο αποσυναρμολογείται.
Οι μικροσωληνίσκοι είναι δυναμικά κυτταρικά πολυμερή. Ρυθμίζουν πολλές κυτταρικές δραστηριότητες που είναι απαραίτητες για το ανθρώπινο σώμα. Είναι η κυτταρική διαίρεση, η μίτωση, η προσκόλληση, οι κατευθυνόμενες μεταναστεύσεις, η κυτταρική σηματοδότηση, η μεταφορά κυστιδίων και πρωτεΐνης εμπρός και πίσω από τη μεμβράνη πλάσματος, πολυμερισμός και αναδιαμόρφωση της κυτταρικής οργάνωσης και του σχήματος των κυττάρων. Ο κυτταροσκελετός περιλαμβάνει μικροσωληνίσκους, ενδιάμεσα νημάτια και νημάτια ακτίνης. Ανακατασκευάζονται ή αναδιοργανώνονται ως απόκριση σε εξωτερικά σήματα που ρυθμίζουν τις κυτταρικές δραστηριότητες. Η δυναμική αστάθεια και ο διάδρομος είναι δύο φαινόμενα που εμφανίζονται σε πολλά κυτταρικά κυτταροσκελετικά νήματα.
Τι είναι η Δυναμική Αστάθεια;
Η δυναμική αστάθεια επιτρέπει στα κύτταρα να αναδιοργανώνουν γρήγορα τον κυτταροσκελετό όταν χρειάζεται. Οι μικροσωληνίσκοι περιέχουν μοναδικά δυναμικά χαρακτηριστικά. Γενικά, ένα υποσύνολο μικροσωληνίσκων αναπτύσσεται γρήγορα ενώ άλλοι συρρικνώνονται. Αυτός ο συνδυασμός συρρίκνωσης, ανάπτυξης και ταχείας μετάβασης μεταξύ δύο καταστάσεων ονομάζεται δυναμική αστάθεια. Οι δυναμικοί μικροσωληνίσκοι έχουν περιορισμένη διάρκεια ζωής, επομένως δέσμες μικροσωληνίσκων βρίσκονται στη διαδικασία αναψυχής. Οι διαδικασίες ανάπτυξης και συρρίκνωσης των μικροσωληνίσκων είναι ενεργές διαδικασίες και καταναλώνουν ενέργεια. Αυτό κάνει τους μικροσωληνίσκους να προσαρμόζονται πιο γρήγορα σε μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα. Αυτό τους επιτρέπει επίσης να κάνουν δομικές διευθετήσεις ανταποκρινόμενες στις κυτταρικές ανάγκες.
Εικόνα 01: Δυναμική αστάθεια
Οι μικροσωληνίσκοι αποτελούνται από υπομονάδες πρωτεΐνης τουμπουλίνης συνδεδεμένες με την τριφωσφορική γουανοσίνη (GTP), η οποία είναι φορέας ενέργειας. Τα κύτταρα καταναλώνουν ενέργεια για να διατηρήσουν υψηλή συγκέντρωση GTP-τουμπουλίνης για πολυμερισμό. Αυτή η διαδικασία συνδέεται γρήγορα με τα άκρα των μικροσωληνίσκων και διευκολύνει την ανάπτυξη των μικροσωληνίσκων. Μετά την ενσωμάτωση των υπομονάδων σε μικροσωληνίσκους, το GTP υδρολύεται σε διφωσφορική γουανοσίνη (GDP), απελευθερώνοντας ενέργεια. Η GDP-τουμπουλίνη δεν τυλίγει προς τα έξω ενώ είναι παγιδευμένη σε μικροσωληνίσκους. Οι μικροσωληνίσκοι μεγαλώνουν ενώ τα άκρα είναι σταθερά. Ωστόσο, όταν τα άκρα αρχίζουν να διαχωρίζονται, λαμβάνει χώρα μια επέκταση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση ενέργειας στις υπομονάδες τουμπουλίνης καθώς οι μικροσωληνίσκοι συρρικνώνονται γρήγορα.
Τι είναι Διάδρομος;
Ο διάδρομος εμφανίζεται σε πολλά νήματα κυτταρικού κυτταροσκελετού, ειδικά σε νημάτια ακτίνης και μικροσωληνίσκους. Αυτό συμβαίνει όταν το μήκος ενός νήματος μεγαλώνει ενώ το άλλο άκρο συρρικνώνεται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα τμήμα νήματος που κινείται κατά μήκος του κυτοσόλης ή του στρώματος. Αυτό οφείλεται επίσης στην απομάκρυνση των πρωτεϊνικών υπομονάδων συνεχώς από τα νήματα στο ένα άκρο ενώ υπομονάδες πρωτεΐνης προστίθενται από το άλλο άκρο. Τα δύο άκρα του νήματος ακτίνης διαφέρουν ως προς την προσθήκη και την αφαίρεση υπομονάδων. Τα θετικά άκρα με ταχύτερη δυναμική ονομάζονται αιχμηρά άκρα και τα μείον άκρα με πιο αργή δυναμική ονομάζονται μυτερά άκρα. Η επιμήκυνση των νημάτων ακτίνης λαμβάνει χώρα όταν η G-ακτίνη (ελεύθερη ακτίνη) συνδέεται με το ATP. Γενικά, το θετικό τέλος συνδέεται με την G-ακτίνη. Η δέσμευση της G-ακτίνης στην F-ακτίνη λαμβάνει χώρα με τη ρύθμιση της κρίσιμης συγκέντρωσης.
Εικόνα 02: Διάδρομος ακτίνης
Κρίσιμη συγκέντρωση είναι η συγκέντρωση της G-ακτίνης ή των μικροσωληνίσκων που παραμένουν σε ρυθμό ισορροπίας χωρίς καμία ανάπτυξη ή συρρίκνωση. Ο πολυμερισμός ακτίνης ρυθμίζει περαιτέρω το προφίλ και την κοφιλίνη. Το profilen είναι μια πρωτεΐνη που δεσμεύει την ακτίνη που εμπλέκεται στη δυναμική ανακύκλωση και αναδόμηση της ακτίνης. Το Cofilin είναι μια οικογένεια πρωτεϊνών που δεσμεύουν την ακτίνη που σχετίζεται με τον γρήγορο αποπολυμερισμό των μικρονημάτων ακτίνης. Ο διάδρομος των μικροσωληνίσκων συμβαίνει όταν το ένα άκρο πολυμερίζεται ενώ το άλλο αποσυναρμολογείται.
Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της δυναμικής αστάθειας και του διαδρόμου;
- Η δυναμική αστάθεια και ο διάδρομος είναι συμπεριφορές στα κυτταροσκελετικά πολυμερή.
- Εμφανίζονται σε μικροσωληνίσκους.
- Επιπλέον, και τα δύο σχετίζονται με την υδρόλυση τριφωσφορικών νουκλεοσιδίων.
- Συμμετέχουν στην ανάπτυξη και τη συρρίκνωση των νηματίων.
- Και οι δύο είναι ενεργές διεργασίες.
- Επιπλέον, απαιτούν ενέργεια.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της δυναμικής αστάθειας και του διαδρόμου;
Η δυναμική αστάθεια λαμβάνει χώρα στους μικροσωληνίσκους και συναρμολογούνται και αποσυναρμολογούνται στο ένα άκρο. Εν τω μεταξύ, ο διάδρομος εμφανίζεται σε νημάτια ακτίνης και μικροσωληνίσκους. Έτσι, αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ της δυναμικής αστάθειας και του διαδρόμου. Επιπλέον, η κύρια πρωτεΐνη που εμπλέκεται στη δυναμική αστάθεια είναι η τουμπουλίνη ενώ στον διάδρομο είναι η ακτίνη. Επίσης, τα συνδεδεμένα με GTP νουκλεοτίδια παρέχουν κυρίως ενέργεια για τη διαδικασία δυναμικής αστάθειας. Ενώ, το ATP παρέχει ενέργεια για διάδρομο.
Το παρακάτω infographic παρουσιάζει τις διαφορές μεταξύ δυναμικής αστάθειας και διαδρόμου σε μορφή πίνακα για σύγκριση δίπλα-δίπλα.
Σύνοψη – Δυναμική αστάθεια εναντίον διάδρομου
Η δυναμική αστάθεια λαμβάνει χώρα στους μικροσωληνίσκους και συναρμολογούνται και αποσυναρμολογούνται στο ένα άκρο. Ο διάδρομος πραγματοποιείται σε νημάτια ακτίνης και μικροσωληνίσκους. Η δυναμική αστάθεια επιτρέπει στα κύτταρα να αναδιοργανώσουν τον κυτταροσκελετό γρήγορα όταν χρειάζεται. Ο διάδρομος εμφανίζεται σε πολλά νήματα κυτταρικού κυτταροσκελετού. Ένα υποσύνολο μικροσωληνίσκων αναπτύσσεται γρήγορα ενώ άλλοι συρρικνώνονται. Επομένως, υπάρχει μια κατάσταση ταχείας μετάβασης κατά τη διάρκεια της δυναμικής αστάθειας. Κατά τη διάρκεια του διαδρόμου, το μήκος ενός νήματος επιμηκύνεται ενώ το άλλο άκρο συρρικνώνεται. Έτσι, αυτό συνοψίζει τη διαφορά μεταξύ δυναμικής αστάθειας και διαδρόμου.
