原核細胞骨架

原核細胞骨架(英語:prokaryotic cytoskeleton)是原核生物中所有結構纖維英語protein filament的總稱。人們曾經認為,原核生物沒有細胞骨架,但隨著可視化技術和結構測定的進展,FtsZ在1990年代初的發現改觀了這一認識[2]。並不是所有原核細胞骨架都是真核細胞中骨架蛋白的類似物,一些沒有真核同源物的原核骨架元件也已發現[3][4][5][6] 。這些細胞骨架元件在各種原核生物的細胞分裂與保護,細胞極性英語Cell polarity與形態決定中有著不可或缺的作用[7][8]

新月柄桿菌的細胞骨架元件:原核細胞骨架元件與其真核生物中的同功物質的對比[1]

FtsZ

FtsZ是第一個被發現的原核細胞骨架蛋白,組裝在接下來會發生細胞分裂,形成隔板的Z-環上,類似真核生物的肌動蛋白-肌球蛋白收縮環[2]。Z-環是一種高度動態的結構,由許多伸展和收縮的原絲束組成,儘管Z-環收縮背後的機制和所涉及的原絲數量尚不清楚[1]。 FtsZ作為一種組織者蛋白(an organizer protein),是細胞分裂所必需的。 它是胞質分裂期間隔膜的第一個組成部分,它將所有其他已知的細胞分裂蛋白募集到分裂部位[9]

儘管與肌動蛋白具有這種功能相似性,但FtsZ與真核微管蛋白同源。 儘管FtsZ和微管蛋白的一級結構的比較顯示出弱關係,但它們的三維結構非常相似。 此外,與微管蛋白一樣,單體FtsZ與GTP結合併與其他FtsZ單體聚合,GTP水解的機制類似於微管蛋白二聚化[10]

MreB

MreB是一種被認為類似於真核肌動蛋白的細菌蛋白質。 MreB和肌動蛋白具有弱的一級結構匹配,但在3-D結構和長絲聚合方面非常相似。

幾乎所有的非球形細菌都依賴MreB來確定它們的形狀。 MreB在細胞質膜下組裝成絲狀結構的螺旋網絡,覆蓋細胞的整個長度[11]。 MreB通過介導合成肽聚糖的酶的位置和活性來確定細胞形狀,並通過作為細胞膜下的剛性細絲起作用,施加向外的壓力來雕刻和支撐細胞[1]。 MreB從其正常的螺旋網絡凝結,並在細胞分裂前在新月柄桿菌Caulobacter crescentus)的隔膜(septum)處形成緊密環,這是一種機制被認為有助於定位其偏離中隔的隔膜[12]。 MreB對於極性細菌中的極性測定也很重要,因為它負責在新月柄桿菌中正確定位至少四種不同的極性蛋白[12]

Crescentin

ParM and SopA

MinCDE system

Bactofilin

Crenactin

另見

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Gitai, Z. The New Bacterial Cell Biology: Moving Parts and Subcellular Architecture. Cell. 2005, 120 (5): 577–586 [2014-01-09]. PMID 15766522. doi:10.1016/j.cell.2005.02.026. (原始內容存檔於2021-02-13). 
  2. ^ 2.0 2.1 Bi, E.; Lutkenhaus, J. FtsZ ring structure associated with division in Escherichia coli. Nature. 1991, 354 (6349): 161–164. PMID 1944597. doi:10.1038/354161a0. 
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  12. ^ 12.0 12.1 Gitai Z, Dye N, Shapiro L. An actin-like gene can determine cell polarity in bacteria. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. June 2004, 101 (23): 8643–8. PMC 423248 . PMID 15159537. doi:10.1073/pnas.0402638101.