Hücre İskeleti Mekaniği
Hücrelere yapısal iskelelerini kazandıran aktin, mikrotübüller ve ara filamentler gibi protein filamentlerinin birleşimi, sertliği ve ağ oluşturma mekaniği.
Tanım
Hücre iskeleti mekaniği, filament sertliği, birleşim dinamikleri ve çapraz bağlı yapıların esnekliği dahil olmak üzere, hücre iskeleti filamentlerinin ve ağlarının mekanik davranışının incelenmesidir.
Kapsam
Bu konu, hücre iskeleti filamentlerinin yarı esnek polimerler olarak mekanik özelliklerini: eğilme sertliklerini ve kalıcılık uzunluklarını, filament birleşiminin termodinamiğini ve kinetiğini, ve çapraz bağlı ağların mekaniğini kapsamaktadır. Tek filament davranışını, hücresel yükleri taşıyan ağların esnekliğiyle ilişkilendirmektedir; hücre bütününün reolojisi ve motor kuvvet üretimi ise komşu konularda ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Hücre iskeleti filamentleri ne kadar serttir ve kalıcılık uzunluğu ne anlama gelmektedir?
- Filamentler nasıl birleşir ve ayrışır, ve bu durum nasıl kuvvet üretir veya azaltır?
- Çapraz bağlar, bireysel filamentleri nasıl yük taşıyan ağlara dönüştürür?
- Aktin, mikrotübüller ve ara filamentler neden farklı mekanik rollere sahiptir?
Temel kuramlar
- Yarı esnek polimer tanımı
- Hücre iskeleti filamentleri, yarı esnek polimerler olarak modellenmektedir; ki bunların kalıcılık uzunluğu—termal enerjiye göre eğilme rijitliği ile belirlenen—termal dalgalanma ve uygulanan yük altında ne kadar eğildiklerini belirlemektedir.
- Birleşim odaklı kuvvet ve dinamikler
- Filamentlerin polimerizasyonu ve depolimerizasyonu, nükleotit bağlantılı süreçlerdir; bunlar itme veya çekme kuvvetleri üretebilmekte, birleşimin kimyasını hücresel mekaniğe bağlamaktadır.
Mekanizmalar
Her filament tipi, karakteristik bir eğilme rijitliğine sahip bir polimerdir: mikrotübüller milimetreler mertebesinde kalıcılık uzunluğuna sahip sert yapılardır, aktin mikrometreler mertebesinde kalıcılık uzunluğuna sahip yarı esnektir ve ara filamentler daha yumuşak ve uzayabilirdir. Filamentler, nükleotit bağımlı döngülerde alt birimler ekleyerek veya kaybederek büyür ve küçülür; bu dinamik birleşim doğrudan kuvvet üretebilmektedir. Çapraz bağlayıcı proteinler, filamentleri demetler ve ağlar halinde birbirine bağlar; ki bunların kolektif esnekliği—doğrusal olmayan ve genellikle gerinimle sertleşen—bireysel filamentlerin sağladığından fazladır ve hücresel mekanik gücün temelini oluşturur.
Klinik önem
Hücre iskeleti mekaniği, hücre bölünmesi, göçü ve şeklinin temelini oluşturmaktadır; hücre iskeletini hedef alan ilaçlar ve hastalıklarda bozulmaktadır. Bu durum, klinik rehberlikten ziyade hücre biyolojisi ve farmakoloji için eğitsel bir arka plan sağlamaktadır.
Tarihçe
Oosawa'nın aktin birleşimine ilişkin polimer teorisi ve daha sonraki tek filament sertliği ölçümleri, hücre iskeletini ölçülebilir bir mekanik sistem olarak kurmuştur. Çapraz bağlı ağlar üzerine yapılan çalışmalar ise filament özelliklerini hücrenin esnekliğiyle ilişkilendirmiştir.
Öne çıkan isimler
- Jonathon Howard
- Fumio Oosawa
- Thomas Pollard
İlgili konular
Temel eserler
- howard2001
- boal2012
Sıkça sorulan sorular
- Kalıcılık uzunluğu nedir?
- Bir filamentin termal eğilmeye karşı yaklaşık olarak düz kaldığı uzunluktur; daha uzun bir kalıcılık uzunluğu, daha sert bir filament anlamına gelmektedir; mikrotübüllerin aktinden çok daha sert olmasıyla birlikte.
- Büyüyen filamentler bir şeyleri itebilir mi?
- Evet; bir filament ucuna alt birimlerin eklenmesi itme kuvveti üretebilmektedir; bu kuvveti hücreler zar çıkıntısı ve diğer hareketleri sağlamak için kullanmaktadır.