אקטין

אקטין (באנגלית: Actin) הוא חלבון בעל תפקיד מרכזי בשלד התא. יחידות רבות של אקטין מתחברות ליצירת פולימר, סיב סלילי הקרוי גם מיקרופילמנט. סיבי האקטין יוצרים רשת בתאים האיקריוטיים. לסיבי האקטין מספר תפקידי מפתח בתא: תמיכה מכנית בקרום התא. קביעת צורת התא. תנועת התא. השתתפות בסוגים מסוימים של צומתי תאים. מתן אפשרות להעברת ציטופלזמה מתא לתא. כיווץ התא בזמן חלוקת התא. בתאי השריר, השתתפות בכיווץ התא יחד עם מולקולות מיוזין. בציטוזול נמצא האקטין קשור למולקולות ATP בעיקר, אבל יכול להיקשר גם ל-ADP. הקומפלקס של מולקולת האקטין עם מולקולת ATP יוצר פולימר בצורה יעילה ומתפרק בצורה איטית. לעומתו, הקומפלקס אקטין-ADP מתפרק בצורה יעילה ויוצר פולימר בצורה איטית. אקטין הוא אחד החלבונים הנפוצים ביותר בתאים איקריוטיים וריכוזו הוא סביב ה-100 מיקרומולר. בנוסף, הוא אחד החלבונים שהשתמרו ביותר מבחינה אבולוציונית. לדוגמה, ההבדל ברצף החלבון בין אצה לאדם הוא לא יותר מ-5%. יחידות בודדות של החלבון נקראות "אקטין גלובולרי" (G-אקטין), והפולימר שנוצר מחיבור של מספר יחידות G-אקטין נקרא "F-אקטין". סיבי האקטין (המיקרופילמנטים) הם הסיבים הדקים ביותר בשלד התא, ועוביים הוא כ-5 ננומטר. בדומה למיקרוטובולים, לסיבי האקטין יש קוטביות, עם קצה המתארך בקצב מהיר יותר (הקצה החיובי) וקצה הגדל בצורה איטית (הקצה השלילי). קצב התארכות הסיב בקצה החיובי גדול בערך פי 10 מקצב ההתארכות בקצה השלילי. אם קצב ההתארכות של הקצה החיובי שווה לקצב ההתפרקות של הקצה השלילי, נוצרת תופעת ההליכון (treadmilling) שבה הסיב מתקדם במרחב, בעוד שאורכו נשאר קבוע. תהליך יצירת הפולימר של אקטין מתחיל מחיבור של שלוש מולקולות G-אקטין, שלב הנקרא "גירעון" (nucleation). לאחר מכן נוסף קומפלקס של אקטין-ATP לקצה החיובי וה-ATP עובר הידרוליזה ל-ADP תוך שחרור מולקולת זרחה. אקטין-ADP משתחרר מהקצה השלילי והעלייה בריכוז האקטין-ADP גורמת להחלפת ה-ADP שבו ל-ATP. מחזורים אלה של התארכות והתקצרות נחוצים לתנועת התא אך אינם רצויים במצבים אחרים, למשל בתאי השריר. חלבוני עזר שונים, כגון CapZ, יכולים להקשר לקצה הסיב ולמנוע את התארכותו או התפרקותו. החלבון קופילין נקשר ליחידות של אקטין-ADP, מקדם את התפרקותן מהקצה השלילי של סיב האקטין ומונע את קישורן לקצה החיובי. לעומתו, החלבון פרופילין הופך תהליך זה על ידי קטליזה של החלפת ADP ב-ATP. בנוסף, קישור אקטין-ATP לפרופילין מונע את הקישור של קומפלקסים אלה לקופילין משאיר אותם חופשיים לחיבור לקצה החיובי של הסיב. מרכיב חשוב נוסף ביצירת הסיבים הוא קומפלקס ה-Arp2/3, אשר יוצר גרעינים חדשים של סיבי אקטין בעודו קושר סיבים קיימים, תופעה היוצרת רשת מסועפת של סיבים הצמודים זה לזה. כל החלבונים האלה עוברים בקרה מדוקדקת ברמת הביטוי שלהם במהלך מחזור התא. כאמור, אקטין הוא אחד החלבונים השמורים ביותר בגנום. רמת הדמיון של רצף החלבון בין אדם לשמר האפייה היא 80.2% ברמת רצף ה-DNA ו-95% ברמת הרצף של החלבון. ברוב השמרים קיים עותק בודד של הגן המקודד לאקטין. לעומתם, ברוב האיקריוטיים המורכבים יותר מתבטאים מספר איזופורמים של אקטין, המקודדים על ידי משפחה של גנים דומים. ביונקים קיימים לפחות שישה גנים של אקטין, אשר נחלקים לשלוש מחלקות - אלפא, בטא וגמא, לפי הנקודה האיזואלקטרית שלהם. אקטין אלפא מתבטא בעיקר בתאי שריר, ואקטין ביטא וגמא בתאים אחרים. על אף ההבדלים הקיימים בין אקטינים אלה, כולם יוצרים סיבים בצורה דומה ומגיבים בצורה זהה בניסויי מעבדה שונים. גן אקטין ממוצע מכיל כ-100 נוקלאוטים ב-5' UTR, כ-1200 נוקלאוטידים באזור המקודד לחלבון וכ-200 נוקלאוטידים ב-3' UTR. ברוב הגנים של אקטין קיימים אינטרונים. כיום חושבים שבכל הפרוקריוטיים שצורתם אינה כדורית קיימים גנים, כמו MreB, הדומים לאקטין. אקטין נצפה לראשונה במיקרוסקופ ב-1887 על ידי ו"ד הליבורטון, שבודד מתא שריר חלבון שגרם לקרישת תמצית מיוזין. למרות זאת, הליבורטון לא הצליח לאפיין יותר את החלבון שראה וגילוי האקטין יוחס לברונו פ' שטאוב, ביוכימאי צעיר שעבד במעבדתו של אלברט סנט-דיאורד במכון לכימיה רפואית באוניברסיטת סגד שבהונגריה. ב-1942 פיתח שטאוב טכניקה חדשנית לבידוד חלבון מהשריר שאפשרה לו לבודד כמויות גדולות יחסית של אקטין טהור, בשיטה הדומה לזו שמשתמשים בה כיום לבידוד האקטין. מדיה וקבצים בנושא אקטין בוויקישיתוף הדגמה של פעימות הכח בין האקטין למיוזין סרטון אנימציה המתאר את הקשר בין מיוזין לאקטין תיאור מרכיבי שלד התא מידע על אקטין ועל תוצריו (באנגלית) אקטין, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)