Informatsiooni-RNA (mRNA)

Informatsiooni-RNA (inglise keeles messenger RNA, lühend mRNA) on RNA, mille molekulilt toimub translatsioon: informatsiooni-RNA nukleotiidijärjestuse põhjal sünteesitakse polüpeptiid. Tegemist on RNA-ga, mis kannab valgusünteesiks vajalikku informatsiooni DNA-lt ribosoomi.

mRNA kuulub ebastabiilse RNA hulka. mRNA funktsiooniks rakus on kodeerida ribosoomi jaoks valgujärjestusi. mRNA-d nimetatakse ka käskjalaks, kuna ta vahetab informatsiooni ribosoomi ja geenide vahel. Eukarüootide mRNA on monotsistoorne ja kodeerib vaid ühte valku, prokarüootide mRNA on polütsistoorne ja kodeerib mitut erinevat valku. 

Transkriptsioon ehk mRNA süntees

RNA süntees on põhimõtteliselt sarnane DNA sünteesiga. Erinevused on vaid järgmised:

• Eellasmolekulid (prekursorid) on ribonukleotiidtrifosfaadid (mitte desoksüribonukleotiid-trifosfaadid).
• Komplementaarse RNA-ahela sünteesil kasutatakse matriitsina vaid üht DNA-ahelat.
• RNA-ahela sünteesi saab initsieerida de novo, praimerahela (ja selle vaba 3’-OH otsa) olemasoluta.

RNA-ahela sünteesil kasutatakse üht DNA-ahelat matriitsina. [Transkriptsioon (geneetika)|Transkriptsioon]] toimub RNA polümeraasi toimel lahtikeerdunud DNA-lõigul, mida nimetatakse ka transkriptsioonisilmaks või transkriptsioonimulliks. Informatsioon valgu primaarstruktuuri kohta on salvestatud rakutuuma DNA-s. RNA polümeraas seondub ja alustab transkriptsiooni DNA spetsiifiliselt järjestuselt, mida nimetatakse promootoriks. Pro- ja eukarüootsetel geenidel on promootorjärjestused erinevad. Transkriptsioonil valmivad kõik RNA tüübid: mRNA, tRNA ja rRNA. 

RNA polümeraasi vahendusel määratakse rakkudes, millised geenid millal ja millises ulatuses avalduvad. Prokarüootidel on üks RNA polümeraas, eukarüootsetes rakkudes aga kolm erinevat RNA polümeraasi. Transkriptsiooni initsiatsiooni promootoritelt reguleeritaks transkriptsioonifaktorite seondumisega promootoriga. Transkriptsioonifaktorid on nii positiivsed kui ka negatiivsed regulaatorvalgud, kusjuures positiivsed regulaatorvalgud soodustavad ja negatiivsed pidurdavad transkriptsiooni alustamist. Sünteesitud RNA-ahelat nimetatakse transkriptiks.

Moodustuv RNA-ahel on komplementaarne DNA matriitsahelaga, selle erinevusega, et nukleotiid T asemel on nukleotiid U. Teist DNA-ahelat nimetatakse mittematriitsahelaks. mRNA-molekulid on RNA kodeerivateks ahelateks ehk mõttelisteks ehk senss-ahelateks, sest nende info kandub edasi polüpeptiidahela aminohappelisse järjestusse. RNA-ahela süntees toimub nagu DNA puhulgi 5’→3’ suunas, kus ribonukleotiide lisatakse ahela lõppu, 3’-hüdroksüülgrupi (3’-OH) külge. Analoogselt DNA-sünteesiga toimub selles reaktsioonis 3’-OH nukleofiilne rünnak eellasmolekuli, ribonukleotiidtrifosfaadi, kolme fosfaadi sisemisele fosforiaatomile ning sellega kaasneb pürofosfaadi vabanemine.

Transkriptsiooni kolm staadiumit

Uue RNA-ahela alustamine ehk initsiatsioon

Transkriptsiooni initsiatsioon jaotatakse kolmeks etapiks:

• RNA polümeraasi seondumine DNA promootorpiirkonda.
• RNA polümeraasi toimel DNA kaksikahela lokaalne lahtikeerdumine, millega matriitsahel muutub vabaks, et võimaldada paardumist saabuvate ribonukleotiididega.

• Fosfodiestersideme moodustumine, kus kasvavasse RNA-ahelasse lülitatakse esimesed ribonukleotiidid.

Ahela pikenemine ehk elongatsioon

RNA-ahelate kovalentsete sidemetega (ribonukleotiidide lisandumisega) pikenemine toimub transkriptsioonisilmas lokaalselt lahtikeerdunud DNA alal. RNA polümeraasil on nii DNA-d lahtikeerav kui ka tagasi kokkukeerav aktiivsus: RNA polümeraas katalüüsib pidevalt DNA-ahelate lahtikeerdumist enne polümerisatsioonisaiti ning põhjustab komplementaarsete ahelate kokkukeerdumist pärast polümerisatsioonisaiti, liikudes samal ajal piki DNA kaksikheeliksit edasi. Tekkiv RNA-ahel vabaneb DNA matriitsahelalt RNA polümeraasi edasiliikumisel mööda DNA-d.

Transkriptsiooni lõpetamine ehk terminatsioon ja valmis RNA-molekuli vabanemine

RNA-ahela süntees lõpetatakse (termineeritakse) siis, kui RNA polümeraas kohtab terminatsioonisignaali. Terminatsioonisignaal põhjustab transkriptsioonikompleksi dissotsieerumist ning moodustunud RNA-molekuli vabanemist.

Eukarüootse pre-mRNA protsessing

Prokarüootidel on geeni poolt määratav esmane transkript võrdne mRNA-ga ning ta on ka kohe transleeritav. Eukarüootides toimub aga esmalt eellas- ehk pre-mRNA süntees, misjärel toimub nn. eellas-mRNA protsessing küpseks mRNA-molekuliks.

Protsessimise käigus toimub enne translatsiooni pre-mRNA-lt spetsiifilise järjestuse kõrvaldamine ning transkripti mõlema otsa modifikatsioon. Enamikus eukarüootsetes geenides on mittekodeerivad järjestused e intronid, mis lõigatakse RNA protsessingul RNA-st välja, ühendades sellega RNA-s geeni kodeerivad järjestused ehk eksonid. Hulkraksete intronid on reeglina palju pikemad (1500 nukleotiidi) kui eksonid (500 nukleotiidi).

Intronite väljalõikamise protsessi nimetatakse geeni splaissinguks. Kogu info introni väljalõikamise (splaissmise) kohta paikneb intronis endas. Valku kodeerivate geenide pre-mRNA splaissing peab toimuma väga täpselt, et mRNA saaks kodeerida funktsionaalset valku. Intronite täpne väljalõikamine peab toimuma nukleotiidi täpsusega, vastasel juhul läheb lugemisraam paigast ära.

Enne splaissingut lisatakse pre-mRNA 5’-otsa 7-metüülguanosiinmüts ja 3’otsa transkriptsioonijärgselt pärast splaissingut 20–200 nukleotiidi pikkune polü-(A)-järjestus ehk polü-(A)-saba. 7-metüülguanosiinmüts aitab kaitsta kasvavat RNA-ahelat nukleaaside degradatsiooni eest ning eukarüootide mRNA polü(A)-saba suurendab oluliselt transkripti stabiilsust ja tal on tähtis roll mRNA transportimisel tuumast tsütoplasmasse. Küpses mRNA-s on ka mittekodeerivad piirkonnad (ingl. UTR-untranslated regions) – liider (alguses, 5’ osas), treiler (lõpus, 3’ osas).

Splaissingu läbiviimiseks moodustub makromolekulaarne struktuur, mida nimetatakse splaissosoomiks. Kõik nimetatud protsessid toimuvad tuumas. Protsessitud mRNA transporditakse tsütoplasmasse, kus ta transleeritakse. Translatsioon on mRNA-s nukleotiidide järjestusena salvestatud informatsiooni ülekandmine aminohapete järjestuseks sünteesitava valgu molekulis. mRNA nukleotiidide triplettide vastavust aminohapetele valgu molekulis nimetatakse geneetiliseks koodiks.

Järelikult on transkriptsioon ja translatsioon eukarüootidel ajaliselt ja ruumiliselt lahutatud. Seevastu prokarüootsetes rakkudes toimuvad transkriptsioon ja translatsioon järjestikku: sünteesitud mRNA osaleb kohe ka translatsioonil.

Transkriptsioon prokarüootides

Transkriptsiooni põhietapid on pro- ja eukarüootidel sarnased. RNA polümeraasid pro- ja eukarüootidel on erisuguse ehitusega. DNA segment, mis transkribeeritakse üheks RNA-molekuliks, kannab nimetust ,,transkriptsiooniüksus’’ (ingl. trancription unit). Eukarüootidel on transkriptsiooniüksus sageli ekvivalentne individuaalse geeniga. Prokarüootidel on transkriptsiooniüksuseks aga mitu geeni, mis on osa operonist. Operoni koosseisu kuuluvad veel operoni geene reguleerivad DNA-järjestused. Operonilt sünteesitud RNA-molekuli nimetatakse polütsistroonseks RNA-ks. (ingl. polycistronic RNA)

Transkriptsiooni kirjeldamisel kasutatakse termineid ,,ülesvoolujärjestused’’ (ingl. upstream requences) ja ,,allavoolujärjestused’’ (ingl. downstream sequences) tähistamaks DNA piirkondi, mis jäävad transkribeeritavast alast kodeerivas DNA-ahelas vastavalt 5’- ja 3’-otsa suundades. Selline eristus põhineb faktil, et RNA süntees toimub alati suunas 5’→3’. Geeni üles- ja allavoolujärjestused kirjeldavad seega geeni 5’ ja 3’ DNA-järjestusi, mis jäävad transkriptsiooni alguspunktist vastavalt vasakule või paremale.

Prokarüootidel algab translatsioon ja mRNA-molekulide degradatsioon sageli enne, kui nende süntees (transkriptsioon) lõppeb. Selline samaaegne toime on võimalik, sest mRNA-molekulid sünteesitakse, transleeritakse ja degradeeritakse samaselt, suunas 5’→3’. Lisaks pole prokarüootidel peptiidide sünteesi masinavärk (valgu süntees) ruumiliselt mRNA sünteesist eraldatud – neil pole tuumamembraaniga piiritletud tuuma nagu ka teisi membraaniga ühendatud organelle.

mRNA transport

RNA sünteesitakse rakutuumas, tsütoplasmas või tuumakeses. Vaja läheb neid enamasti tsütoplasmas, aga selleks peavad nad jõudma tuumast tsütoplasmasse. See protsess on kontrollitud ja reguleeritud. Tuum ei taha lasta läbi tugevasti laetud suuri molekule nagu RNA. Tuumapoorid lasevad läbi väga väikeseid molekule, RNA ei pääse poorist läbi. Sünteesi käigus märgistatakse RNA ära – mRNA 5’ otsa sünteesitakse m7G cap (seitsmendas positsioonis metüleeritud guanosiin cap 5’ otsa ja polü(A)saba sünteesitakse 3’ otsa). Need signaalid on mRNAd äramärkivaks signaaliks. Teatud märgistatud RNA tuleb suunata tsütoplasmasse. RNA sünteesi käigus seonduvad RNA polümeraasiga sellised valgud, mis kuuluvad eksportiinide hulka. Eksportiine on palju erinevaid, mRNA moodustab eksportiinidega kompleksi, mis seostub tuumapoorile. ATPaasist sõltuvalt läheb kompleks läbi tuumapoori.

Sümbiogenees

Sümbiogenees ehk endosümbioositeooria selgitab eukarüootse raku organellide – plastiidide ja mitokondri – päritolu bakterite sümbioosi kaudu.

Teooria kohaselt pärinevad need organellid varem üksikorganismina elanud prokarüootsetelt organismidelt, mis on eukarüootse raku poolt fagotsütoosi teel "alla neelatud" ja nüüd peremeesorganismi (eukarüootsesse rakku) jäänud endosümbiondina. Mitokondrid on kujunenud eukarüootse raku "alla neelatud" proteobakteritest ja kloroplastid sinivetikatest.

Endosümbiootilise teooria üks nimekamaid rajajaid ja populariseerijaid oli Lynn Margulis.

Ribosoom

Ribosoom (inglise ribosome) on nii eel- kui ka päristuumse raku tsütoplasmas esinev kaheosaline molekulaarne masin, mis koosneb ribosomaalse RNA (rRNA) ja valgu molekulidest. Selle ülesanne on katalüüsida peptiidahelate moodustumist, lähtudes raku DNA pealt transkribeeritud informatsiooni-RNA (mRNA, inglise messenger RNA) järjestusest. Seda protsessi nimetatakse translatsiooniks.

70S ribosoomi 50S alaühik. Kollane osa on rRNA ja sinine märgib valgulist osa. Punasega on märgitud aktiivsait

Ribosoom translatsioonil. Näha on ka kahe alaühiku vahel olevad tRNA-d

Samalt valku kodeerivalt DNA järjestuselt võidakse mRNAd sünteesida korduvalt. Eukarüootides toimub seejärel mRNA töötlemine, mille käigus eemaldatakse intronid. Saadud lõpp-produktidele kinnituvad ribosoomid. Nad kasutavad RNA järjestust matriitsina, millele vastavalt seatakse õige koodon vastavusse õige aminohappega. Aminohappeid toovad kohale transport-RNA (tRNA) molekulid, mis sisenevad ribosoomi ja mille antikoodonid paarduvad mRNA järjestusele komplementaarsuse alusel. Ribosoomid on ribosüümid, sest peptiidsideme moodustamine toimub just rRNA abil, millel on peptidüüli transferaasi katalüütiline aktiivsus. Pärast peptiidahela moodustumist pakitakse see funktsionaalseks struktuuriks.

Bakterite, arhede ja eukarüootide ribosoomid erinevad üksteisest oma suuruse, järjestuse, struktuuri ja valk-rRNA suhte poolest. Bakterites võib ühelt mRNA molekulilt transleerida korraga rohkem kui üks ribosoom. Mõned rakuorganellid, näiteks mitokondrid ja kloroplastid, sisaldavad ribosoome, millelt transleeritakse mitmeid just nendes organellides vajaminevaid valke. See on andnud põhjust arvamiseks, et need organellid on evolutsioneerunud algselt eraldiseisvatest prokarüootidest, mis on elama asunud teise raku sisse. Sellest räägib endosümbioositeooria ehk sümbiogenees.

Ribosoom koosneb kahest alaühikust, millest väiksem seondub mRNAga ja suurem tRNA ja ribosoomi saabuvate aminohapetega. Pärast translatsiooni lõppemist jaguneb ribosoom taas kaheks. Prokarüootidel on 70S ribosoomid, mis koosnevad väikesest (30S) ja suurest (50S) alaühikust. Eukarüootidel on 80S ribosoomid, mille alaühikud on vastavalt 40S ja 60S.

Ribosoomide avastajaks võib lugeda George Emil Palade’i, kes kirjeldas 1953. aastal elektronmikroskoobis "tihedaid osakesi või graanuleid". 1974. aastal sai ta koos Albert Claude’i ja Christian de Duvega oma teadustöö eest Nobeli meditsiiniauhinna. 2009. aastal said Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz ja Ada E. Yonath Nobeli keemiaauhinna ribosoomi struktuuri ja töömehhanismi detailse kirjeldamise eest.

Termini "ribosoom" võttis kasutusele Richard B. Roberts 1958. aastal. 1970. aastate algul püüti terminit eestindada ja pakuti välja "pihukeha", kuid see ei läinud kasutusse ning nii loetakse eesti keeles ainuõigeks tõlkevasteks "ribosoomi".

Üldiseloomustus

Ribosoomid koosnevad kahest alaühikust, mis omavahel seondudes moodustavad funktsionaalse organelli. Mõlemad alaühikud koosnevad ühest või mitmest rRNA molekulist ja nendega seondunud valkudest. Kristallograafia abil on näidatud, et valgud asuvad ribosoomi reaktsioonitsentrist väljaspool. See paneb aluse arvamusele, et peptiidsidemete moodustamist katalüüsib RNA. Kirjeldatud teooria kohaselt on ribosomaalsete valkude ülesandeks võimendada RNA sünteesivõimet ja stabiliseerida ribosoomi struktuuri.

Ribosoomid katalüüsivad valkude sünteesi mRNAsse kodeeritud informatsiooni põhjal, kasutades aminohappeid, mille tRNA molekulid on kohale toimetanud. Ribosoomid võivad olla kinnitunud tsütoplasmaatilistele membraanidele, moodustades karedapinnalise endoplasmaatilise retiikulumi, või paikneda tsütoplasmas vabalt.

Ribosoomi alaühikute suuruseid väljendatakse Svedbergi ühikutes (tähis S või Sv), mis iseloomustavad ribosoomi alaühikute sedimentatsioonikiirust tseesiumkloriidi gradiendis tsentrifuugimisel ning sõltuvad nii alaühikute molekulaarmassist kui ka nende kujust.

Prokarüootsed ribosoomid

E. coli 70S ribosoom. 50S alaühik on punane ja 30S alaühik sinine. Ribosomaalsed valgud on tähistatud roosa ja helesinise värviga

Prokarüootsete ribosoomide diameeter on ligikaudu 20 nm (200 Å) ja nad koosnevad 65% ulatuses rRNAst ja 35% ulatuses valkudest. Prokarüootidel on 70S ribosoomid, mis koosnevad väikesest (30S) ja suurest (50S) alaühikust. Väikese alaühiku moodustab 16S rRNA (1540 nukleotiidi) ja temaga seondunud 21 valku. Suures alaühikus on 5S rRNA (120 nukleotiidi), 23S rRNA (2900 nukleotiidi) ja 31 valku. Kõiki molekule leidub ühes koopias, välja arvatud valke L12 ja L7. 16S rRNAd saab jagada neljaks ja 23S rRNAd kuueks domeeniks. 5S rRNAd võib lugeda suure alaühiku seitsmendaks domeeniks. Mitokondrid ja kloroplastid, mis on endosümbioositeooria kohaselt evolutsioneerunud bakteritest, sisaldavad samuti 70S ribosoome.

Prokarüootides toimub ribosoomi biogenees tsütoplasmas. Ribosomaalseid valke kodeerib kokku 52 geeni, mis paiknevad 20 operonis. Biogeneesi reguleerib otseselt RNA hulk rakus.

Eukarüootsed ribosoomid

Eukarüootsete ribosoomide diameeter jääb 25 ja 30 nm (250–300 Å) vahele. Nende rRNA-valk suhe on ligikaudu üks. Eukarüootidel on 80S ribosoomid, mis moodustuvad väiksest (40S) ja suurest (60S) alaühikust. Väike alaühik koosneb 18S RNAst (1900 nukleotiidi) ja 33 valgust, suur alaühik 5S RNAst (120 nukleotiidi), 28S RNAst (4700 nukleotiidi), 5,8S RNAst (160 nukleotiidi) ja umbes 49 valgust.

Eukarüootide ribosoomi biogenees toimub üle 200 erineva valgu kaasabil, mis sünteesitakse tsütoplasmas ja transporditakse läbi 120 nm diameetriga pooride tuuma. Ribosomaalne RNA sünteesitakse tuumas piirkonnas, mida nimetatakse tuumakeseks (erandiks on 5S rRNA). Seal seonduvad valgud RNAle ning toimub kompleksi transport tuumast välja. RNAd ei saa üksi transportida, sest ta ei sisalda oma järjestuses vastavat signaali.

Prokarüootide ja eukarüootide ribosoomide erinevusi kasutatakse ära farmakoloogias, et luua antibiootikume, mis pärsiksid bakterinfektsioonide põhjustajate valgusünteesi, kuid ei omaks mingit mõju organismi enda rakkude ribosoomidele. Mitokondrite ribosoomid on kaitstud tänu neid ümbritsevale kahekordsele membraanile, millest antibiootikumid läbi tungida ei suuda.

Asukoht rakus

Ribosoomid võivad olla kas vabalt tsütoplasmas või kinnitunud endoplasmaatilisele retiikulumile (ER). Mõlemal juhul on aga ribosoomid ise identsed ja nende asukoht sõltub vaid selleks, kas hetkel transleeritava valgu järjestuses on läbi ER transportimiseks vajalik signaal või mitte.

Vabalt tsütoplasmas olevatelt ribosoomidelt sünteesitakse valke, mida kasutatakse hiljem rakus sees. Valgud, mida vajatakse mõnes organellis või mis sekreteeritakse väliskeskkonda, sünteesitakse ERile kinnitunud ribosoomidelt. Sellised valgud liiguvad paralleelselt translatsiooni toimumisega läbi plasmamembraani, kus nad pakitakse vesiikulitesse ja kantakse nende lõpp-sihtkohta. Endoplasmaatilise retiikulumi piirkonda, kuhu sellised ribosoomid on koondunud, nimetatakse "karedaks ERiks".

Funktsioon

Translatsioon

Ribosoomide ülesandeks on transleerida mRNAs peituv informatsioon valgujärjestuseks. mRNA lugemine käib kolmenukleotiidiste koodonite (tripletite) kaupa, millest igale seatakse vastavusse õige aminohape. Igale aminohappele vastab konkreetne tRNA, mis selle ribosoomi transpordib. Aminohappe ja tRNA kompleksi nimetatakse aminoatsüül-tRNAks. Viimane sisaldab oma järjestuses kolmenukleotiidist antikoodonit, mis paardub mRNAl asuva koodoniga komplementaarsuse alusel. Translatsioon toimub suunal 5’ -> 3’.

Valgusüntees algab AUG koodoniga, mis asub mRNA 5’-otsa lähedal. Sellega paardub tRNA molekul, mis transpordib aminohapet metioniin. Prokarüootides on ribosoom võimeline stardikoodonit ära tundma tänu Shine-Dalgarno järjestusele, mis asub sellest 8 nukleotiidi 5’-otsa suunas. Sellega paardub 16S rRNA 3’-otsas leiduv anti-Shine-Dalgarno järjestus. Eukarüootides on sarnane tähtsus Kozaki järjestusel.

Ribosoom sisaldab kolme RNAga seondumise saiti: A, P ja E. A-saidis toimub aminoatsüül-tRNA seondumine. P-saidis sünteesitakse peptiidside. Selle tulemusena jääb tRNA seotuks kogu seni sünteesitud peptiidahelaga. E-saidis seotakse vaba tRNA enne, kui see ribosoomilt vabaneb.

Kahe alaühiku rollid on translatsiooni käigus erinevad. Väike alaühik seondub mRNAga ning sisaldab piirkonda, kus toimub koodoni ja anti-koodoni vaheline interaktsioon. Suur alaühik sisaldab peptidüüli transferaasi tsentrit, kus toimub peptiidsidemete süntees A-saiti seondunud ja P-saiti liikunud tRNAde külge kinnitunud aminohapete vahel ja valmiva peptiidahela hüdrolüüs P-saidi tRNA küljest translatsiooni lõppfaasis. Peptidüüli transferaasi tsentri juurest algab ka polüpeptiidide väljutamiseks mõeldud tunnel, mida mööda valguahelad saavad stabiilselt läbi väikese alaühiku liikuda.

Tuumapoor

Tuumapoor (inglise nuclear pore) avaus(ed) tuumaümbrises, kus liituvad tuuma sise-ja välisümbris. Tuumapoori avauste kaudu transporditakse näiteks RNA-molekulid tuumast tsütoplasmasse ja proteiinid tüstoplasmast tuuma.

Karüoplasma

Karüoplasma on rakutuumasisene plasma.

See sisaldab DNA-d, valke, RNA-d ja erinevaid madalmolekulaarseid ühendeid. Kromosoomid on tuuma olulisimad osad. Enamikus rakkudes neid ei näe, sest kromosoomid on väga peenteks niitideks lahti keerdunud. Alles rakujagunemise alguseks pakitakse nad sedavõrd kokku, et nad muutuvad ülejäänud karüoplasmast eristatavaks.

Tsütoplasma

Tsütoplasma on raku kogu elussisu (protoplast), välja arvatud rakutuum. Väljastpoolt piirab tsütoplasmat rakumembraan.

Taimerakus, mille sees on tohutu tsentraalvakuool, piirab tsütoplasmat väljastpoolt plasmalemm ning seestpoolt tonoplast, mis on samuti biomembraan.

Tsütoplasma ise koosneb umbes 80% vett sisaldavast rakuvedelikust (tsütosoolist), valkudest, mikrotuubulitest ning (eukarüootidel) rakuorganellidest.

Prokarüootidel (bakterirakkudel) paikneb pärilikkusaine DNA kujul vabalt tsütoplasmas, eukarüootidel paikneb see rakutuumas.

Vibur

Vibur ehk flagell on bakterite, arhede ja väiksemate eukarüootide väljaulatuv karvataoline liikumisorganell. Vibur võimaldab rakul vedelas keskkonnas liikuda, kuid viburil võib olla ka sensoorne funktsioon ehk sellega tajub rakk temperatuuri muutust ja keskkonnas esinevaid kemikaale.

Bakteriviburi joonis

Vibureid defineeritakse pigem funktsiooni kui ehituse järgi. Näiteks erinevad prokarüootne ja eukarüootne vibur märkimisväärselt nii ehituselt, valguliselt koostiselt kui ka töömehhanismilt, kuid kuna mõlemal juhul kasutab rakk organelli pöörlemist liikumiseks, siis kasutatakse mõistet "vibur". Eukarüootne vibur sarnaneb ehituselt eukarüootse ripsega, aga funktsiooni erinevuse tõttu kasutatakse nende kirjeldamiseks erinevaid termineid.

Viburitüübid

Eristatakse kolme tüüpi vibureid:

• Bakteri vibur on helikaalse ehitusega valguline filament, mis kinnitub "konksu" abil bakteriraku membraanis asuva basaalkeha ehk viburi mootori külge. Basaalkeha võimaldab filamenti pöörata nii päri- kui ka vastupäeva.
• Arhede vibur sarnaneb väliselt bakteri viburiga, kuid oluliste erinevuste tõttu valgulises koostises ja töömehhanismis ei peeta arhede ja bakterite vibureid homoloogideks.
• Eukarüootse raku vibur erineb oluliselt arhede ja bakterite viburitest. Näiteks, eukarüootne vibur ei pöörle, vaid paindub edasi-tagasi.

Chlamydomanas reinhardtii viburite ristlõige. TEMi pilt

Bakteri vibur

Esimesena vaatles vibureid bakteril Chromatium okenii Christian Ehrenberg 1836. aastal ja bakteril Spirillum volutans Ferdinand Cohn 1872. aasta.

Ehitus ja koostis

Bakteri viburi filament koosneb valgust – flagelliinist –, millest moodustub heeliksikujuline viburiniit, läbimõõduga 20–30 nanomeetrit. Viburiniidi keskel on õõnes kanal, mis on oluline viburi pikendamiseks. Filament kinnitub valgulise konksustruktuuri abil viburi mootori külge.

Viburi mootor koosneb staatorist ja rootorist. Staatorid on valgulised kanalid, mille kaudu liiguvad prootonid ning tekib elektrokeemiline gradient. Gradiendi jõul hakkavad rootorvalgud staatorvalkude suhtes liikuma. Rootorvalkudeks on bakterirakkudes nn MS- ja C-ketas. Gramnegatiivsetes rakkudes on lisaks nendele valkudele veel L- ja P-ketas, mille ülesandeks on viburi telgvarda toestamine välismembraanis ja peptidoglükaan kihis.

Viburi ehitamine algab basaalkeha MS-ketta paigutumisel membraani ning sellega seondub C-ketas. Moodustunud kompleksi külge ehitatakse transpordi aparaat, mille kaudu paigutuvad õigetesse kohtadesse järgmised mootori komponendid: P- ja L-ketas (kui on tegemist gramnegatiivse bakteriga) ning valgulise ehitusega konks. Filamenti hakatakse ehitama konksu külge. Tänu konksu ja moodustuva filamendi õõnsale struktuurile liiguvad flagelliini valgud viburiniidi distaalsesse otsa ning kinnituvad sinna, seeläbi pikendades viburiniiti.

Töömehhanism

Ühe täispöörde tegemiseks kulub viburi mootoril umbes 1150 H⁺ iooni energia. Mootori pöörlemiskiirus võib olla väga erinev, näiteks soolekepikesel (Escherichia coli) on see maksimaalselt 15 000 pööret/minutis, mõnede Vibrio perekonda kuuluvate bakterite puhul on täheldatud kiirust 100 000 pööret/minutis. Sellest olenemata on bakteril võimalik mootori pöörlemissuunda muuta peaaegu momentaanselt. Pöörlemissuuna muutmine võimaldab bakteril tervikuna oma kehaasendit muuta.

Bakteri liikumiskiirus varieerub suuresti. Väikestel bakteritel võib see jääda alla 10 µm/min. Näiteks Listeria monocytogenes liigub keskmiselt kiirusel 6 µm/min. Suuremad bakterid liiguvad kiirustel 20–50 µm/s (Escherichia coli ca 20 µm/s). Üks kõige kiiremaid baktereid on Thiovulum majus, mille liikumiskiiruseks on mõõdetud 600 µm/s.

Viburite paigutus

Viburite paigutuse näited. A – monotrihh; B – polütrihh ehk lofotrihh; C – bipolaarne monotrihh; D – peritrihh.

Viburid paiknevad bakteril liigiti väga erinevalt ning on seetõttu väga heaks vahendiks bakterite identifitseerimisel. Eristatakse peamiselt nelja tüüpi viburite paigutust:

1. Monotrihhil (e.g. perekond Vibrio) on ainult üks vibur.
2. Polütrihhil ehk lofotrihhil (e. g. perekond Pseudomonas) on mitu viburit, mis kõik kinnituvad ühele väiksele alale bakteri poolusel.
3. Bipolaarsel monotrihhil (e.g. Wolinella succinogenes) paikneb bakteri mõlemal poolusel üks vibur, bipolaarsel polütrihhil (e.g. perekond Spirillum) mõlemal poolusel mitu viburit. Mõlemal juhul töötavad rakul korraga ainult ühe pooluse viburid.
4. Peritrihhil (e.g. Escherichia coli) paiknevad viburid terve bakteri pinna ulatuses kaootiliselt.

Spiroheetide hõimkonda kuuluvatel bakteritel puudub välismembraanist väljaulatuv vibur. Neil paiknevad viburid periplasmas ning nende pöörlemise tagajärjel hakkab terve bakter sõukruvisarnaselt edasi liikuma.

Evolutsioon

Bakteri viburil on sarnasusi III tüüpi sekretsioonisüsteemiga (ingl k type three secretion system – TTSS). TTSS on süstlataoline valgulise ehitusega organell, mille abil tunnevad bakterid ära keskkonnas leiduvad eukarüootseid rakke ning võivad neisse ka eri liiki toksilisi valke "süstida". Hüpoteesi kohaselt tekkis vibur mutatsioonide kaudu, mis muutsid nõela basaalkeha struktuuri nii, et sellest moodustus pöörlev mootor.

Sarnaselt viburiga kinnitub ka TTSS membraani ketaste abil ning nii viburi niit kui ka TTSS-i "nõel" koosnevad valgust flagelliin. Samas on püstitatud hüpotees, et TTSS on arenenud bakteri viburist deletsioonide kaudu ning on seega viburist evolutsiooniliselt noorem.

Arhe vibur

Arhedele annab edasiliikumiseks hoogu pöörlev niitjas organ, mille töömehhanism sarnaneb pealiskaudselt bakteri viburi omaga. Molekulaarsete uuringute tulemusena avastati, et ehituselt sarnaneb see organell hoopis bakteri IV tüüpi piilidega, millega bakter kinnitub tahkele pinnale ning piili kokkutõmbel liigub bakter kinnituskohale lähemale. Kuna arhedes töötab see struktuur siiski viburi kombel ehk pööreldes, siis kasutatakse kirjeldamisel ikkagi terminit "vibur".

Peamised erinevused bakteri ja arhe viburi vahel on järgmised:

• Sarnaselt IV tüüpi piiliga kasvab ka arhe filament juuksekarva kombel proksimaalsest ehk membraanipoolsest otsast, mitte tipust nagu bakteri vibur. Seetõttu pole ka vajadust kanalile viburiniidi keskel, mistõttu on arhe vibur peenem kui bakteri vibur.
• Arhe viburi mootor saab pöörlemiseks vajaliku energia ATP hüdrolüüsist, mitte prootonite voolust nagu bakteri vibur.
• Arhe viburi komponentide geenijärjestused ei oma homoloogiat bakteri viburi komponentidega, aga sarnanevad IV tüüpi piilide osadega.
• Arhe viburiniidi valgud on glükosüleeritud, et säilitada funktsioon ka ekstreemsetes tingimustes

Nende erinevuste tõttu arvatakse, et arhe ja bakteri vibur on analoogsed organellid ja on seega näiteks konvergentse evolutsiooni kohta.

Eukarüoodi vibur

Ehitus

Eukarüoodi vibur. 1 – aksoneem, 2 – rakumembraan, 3 – IFT-osakesed, 4 – kinetosoom, 5 – viburi läbilõige, 6 – tsentriooli mikrotuubulite kolmikud

Pea kõikidel eukarüootsetel viburitel ja ripsetel ehk tsiilidel on sarnane ülesehitus, koosnedes kesksest mikrotuubulite kimbust, mida nimetatakse aksoneemiks. Aksoneemil on "9+2 struktuur", mille nimetus tuleneb sellest, et aksoneemi keskel on kaks eraldiseisvat mikrotuubulit, mida ümbritsevad üheksa mikrotuubulite paari. Aksoneemi ümbritseb rakumembraan. Aksoneem kinnitub basaalkehale, mida eukarüootses rakus nimetatakse ka kinetosoomiks. Kinetosoomi moodustavad tsentrioolid, mis koosnevad samuti mikrotuubulitest. Tsentriooli moodustavad üheksa mikrotuubulite kolmikut, mis on ringikujuliselt agregeerunud.

Viburi moodustumiseks peab kinetosoom liikuma raku pinnale ning kinnituma kortikaalse tsütoplasma külge. Selle protsessi käigus seostub kinetosoom membraansete vesiikulitega, mis sulanduvad raku plasmamembraani ning moodustavad viburi membraanitasku, kuhu hakkab tsentrioolist lähtuv aksoneem kasvama. Mikrotuubulid pikenevad distaalsest otsast, kuid kuna valgusüntees toimub ainult tsütoplasmas, siis on vajalikud IFT-osakesed (IFT – ingl k intraflagellar transport – viburisisene transport), mis transpordivad tsütoplasmas sünteesitud tubuliini valke mööda aksoneemi mikrotuubulite tippu. Kui vibur on kasvanud vajaliku pikkuseni, siis mikrotuubulite pikendamine jätkub, kuid samaaegselt hakatakse neid alumisest otsast lagundama. Seeläbi ei muutu viburi pikkus, kuid uuenevad pidevalt aksoneemi valgud.

Töömehhanism

Aksoneemis paiknevaid mikrotuubuleid ühendavad sillad, mis koosnevad valgust düneiin. Düneiinisildade lühenemisel liibuvad ühenduses olevad mikrotuubulid ning seeläbi toimub viburi painutamine. Düneiinisillad saavad pikkuse muutmiseks vajamineva energia ATP hüdrolüüsist.

Toiduvõrgustik

Toiduvõrgustik on organisatsioonitüüp, mis seob toidu ja toiduainete tootjaid, töötlejaid ja tarbijaid.

Võrgustikus olevad tootjad ja töötlejad müüvad tavaliselt oma kaupa ise otse tarbijale, sellest tuleneb kasutatav lühend OTT või O.T.T (Otse Tootjalt Tarbijale). Erinevus turust on selles, et tarbija tellib tootjalt kauba ette ja tootja toimetab selle perioodiliselt tarbijani.

Toiduvõrk

Toiduvõrk (ka toiduvõrgustik) on toitumissuhete võrk, kogum biotsönoosis või bioomis põimuvaid toiduahelaid.

Toiduvõrgu skeemidel kujutatakse enamasti üksnes arvukamaid ja/või ökosüsteemi seisukohast kõige olulisemaid liike.

Toiduahel

Toitumisahel ehk toiduahel (inglise trophic chain, food chain, feed chain ) on jada organisme, keda seostab järjestikku toitumine ja sealhulgas ka toiduobjektiks olemine. Toitumisahel algab alati tootjatest ehk produtsentidest (rohelised taimed ja puud) ja lõppeb konsumentide (tippkiskjad nagu grislid ja mõõkvaalad), detritivooride (kakandilised, vihmaussid) ja destruentidega (seened, bakterid).

Teadlane ja filosoof Al-Jahiz oli üks esimesi, kes juba 9. sajandil tutvustas inimestele toitumisahelat. Alles pärast 1927. aastat andis Charles Elton välja raamatu, kus tutvustati juba lähemalt ka toitumisvõrgustiku mõistet.

Toiduahela tasemed

Esimene troofiline tase koosneb produtsentidest ehk orgaaniliste ainete tootjatest, kes päikesekiirguse abil fotosünteesivad endale orgaanilisi aineid. Teise troofilise taseme moodustavad konsumendid ehk tarbijad, nemad kasutavad oma eluks orgaanilist ainet. Konsumendid jaotatakse vastavalt toiduobjektile kas I astme tarbijaks (rohusööja), II astme tarbijaks (kõigesööja) või III astme tarbijaks (lihasööja). Kolmandale troofilisele tasemele kuuluvad destruendid ehk lagundajad, kes toituvad eelnevate tasemete surnud orgaanilisest ainest, muutes need taas lihtsamateks ühenditeks. Toitumisahel ja toiduvõrgustik on omavahel ühendatud erinevate loomade toitumissuhete alusel ja selles keerulises võrgustikus võetakse reegliks eripära, kus liik on keskendunud ainult ühele toiduobjektile . Läbi toitumisahelate toimub energia ülekandumine, mis algab alati madalamast astmest nagu produtsendid või orgaaniline aine ning lõpevad tarbijatega.

Toiduahela pikkuse olulisus

Toiduvõrgustiku troofiliste struktuuride koguseid väljendatakse toitumisahela pikkusega. Toitumisahela pikkus on pidevalt muutuv, varieerudes 2–6 ja enama lülini. Energia ei teki ega kao, vaid muundub ühest vormist teise. Igal järgmisel kõrgemal toiduahela tasemel on saadaval järjest vähem kasulikku energiat. Tihti kasutatakse toitumisahelaid ka ökoloogilistes mudelites. Seal kujutavad nad endast üldiselt lihtsustatud toitumisvõrku, kuid on piisavalt keerulised, et neid dünaamiliselt ja matemaatiliselt teistele mõista anda. Ökoloogid on koostanud ja proovinud erinevaid hüpoteese, kus looduslik ökoloogiline muster võiks seostuda toitumisahela pikkusega. Näiteks suurema toitumisahela lülide arvu tõusuga suureneb ka ökosüsteemi enda suurus, igal edukal tasemel saavutatud energia vähendamine või väide, kus pikad toitumisahelad võivad olla ebapüsivad. Läbi toitumisahelate õppimise võime jälgida mürkide edasi kandumist ühelt troofiliselt tasemelt teisele ja näha seeläbi, et keskkonnas olevad reostusained võimenduvad, kui liikuda troofiliselt tasemelt üles.

Toiduahelad jaotatakse:

• karjamaa tüüpi toiduahel (selle lõpus kiskahel)
• laguahel ehk detriitahel
• nugiahel ehk parasiittoiduahel

Omavahel seotud toiduahelad moodustavad toitumisvõrgustiku.

Kisklus

Kisklus ehk röövlus ehk episitism ehk predatsioon on röövlooma ja saaklooma vaheline toitumissuhe.

Kiskjad ehk röövloomad peavad jahti teistele loomadele (saakloomadele), surmavad nad ning söövad ära. Samas võib kiskja olla mõne teist liiki kiskja toiduobjekt (mõni kiskja võib üheaegselt olla nii kiskja kui ka saakloom, kui ta ise langeb saagiks). Sel viisil moodustub kiskahel, mille viimaseks lüliks on tippkiskja.

Kisklus hõlmab ka putuktoiduliste ja lihasööjataimede toitumissuhteid.

Mutualism (bioloogia)

Mutualism on kahe eri liiki organismi vaheline suhte tüüp ökosüsteemis, millest mõlemad liigid saavad kasu (näiteks suureneb nende elumus).

Tolmeldamine on klassikaline näide mutualismist

Sarnane organismidevaheline suhe on ka protokooperatsioon, kus liikidevaheline suhe on ajutine ja fakultatiivne.

Mutualism mängib võtmerolli ökoloogias ja evolutsioonibioloogias. Näiteks on mutualistlikud suhted olulised maismaaökosüsteemi talitlemiseks, sest 90% taimedest sõltub suhtest seente mükoriisaga, kuna see varustab taime anorgaaniliste ühendite ja mitmete mikroelementidega. Vaatamata selle suhte tüübi olulisusele on see võrreldes teiste liikidevaheliste suhetega (näiteks kiskluse ja parasitismiga) pälvinud ajalooliselt märksa vähem tähelepanu.

Sümbioos

Sümbioos (vanakreeka keelest σύν 'koos' ja βίωσις 'elamine') on eri liikidesse kuuluvate organismide (sümbiontide) vaheline kooselu.

Mõistet kasutasid esimestena Albert Frank 1877. aastal ja De Bary oma 1879. aastal Strasbourgis ilmunud monograafias "Die Erscheinung der Symbios".

Sageli peetakse sümbioosi all silmas vaid mutualismi – kahe eri liigist organismi (sümbiondi) obligaatset ehk mõlemale kasulikku ja ühtaegu möödapääsmatult vajalikku kooselu, kuid sümbioos hõlmab lisaks mutualismile veel vastastikku neutraalseid (kommensalism), ühele kasulikku ja teisele kahjulikku (parasitism), ühele neutraalset ja teisele kahjulikku (amensalism) ning väga harva esinevat vastastikku kahjulikke (sünnekroos) kooselu vorme. Näiteks mutualismiga on tegu vetika ja seene sümbioosi puhul samblikes.

Aktiinifilamendid

Aktiinifilamendid ehk mikrofilamendid on eukarüootsete rakkude tsütoskeletis leiduvad aktiinist koosnevad kõige peenemad filamendid. Nad on oma funktsioonilt ülimalt mitmekülgsed, võttes osa raku liikumisest ja kuju muutmisest.

Aktiinifilamendid

Struktuurne polaarsus

Filamendi kasv toimub eelistatult ühest otsast, mida nimetatakse (+) otsaks. See on võimalik seetõttu, et monomeeri konformatsioon muutub pärast lülitumist F-aktiini koosseisu, võimaldades järgmise monomeeri lülitumist soodustatult. Monomeeri lülitumine (-)otsa toimub tunduvalt väiksema tõenäosusega. See annab rakule võimaluse määrata filamendi kasvu suunda, eeldades, et (+)ots on rakus orienteeritud vajalikus suunas.

Aktiiniga seotud valgud

Aktiinifilamendid moodustavad rakus väga erinevaid struktuure. Nad võivad moodustada suhteliselt jäiku ja püsivaid väljasopistusi rakkudest või ka ajutisi dünaamilisi struktuure. Kõikidel juhtudel on aktiinifilamentide põhimõtteline ehitus sama. Erinevused on aga tingitud valkudest, millega aktiinifilamendid on seotud. Enamikul loomsetel rakkudel on aktiinifilamente kõige rohkem plasmamembraani vahetus läheduses, selle all, moodustades seal tiheda võrgustiku. Seda piirkonda tsütoplasmast nimetatakse raku korteksiks (cell cortex) või ka kortikaalseks tsütoplasmaks. See annab rakupinnale teatud mehaanilised omadused, millega on võimalik säilitada või muuta kuju. Kortikaalse tsütoplasma paksus varieerub eri rakutüüpidel. Erütrotsüütides on kortikaalsed aktiinifilamendid seotud rakumembraanile valkude spektriin ja anküriin vahendusel. Nendega sarnaseid valke leidub enamiku selgroogsete loomade rakkude kortikaalses tsütoplasmas. Kortikaalsed aktiinifilamendid võivad omakorda olla organiseeritud väga erineval moel. Nad võivad olla:

• paralleelsete kimpudena, mis moodustavad raku mikrohattusid ja filopoode. Seal on aktiinifilamendid orienteeritud sama polaarsusega ja paiknevad tihedalt üksteise lähedal, (10–20 nm) kimpudena. Aktiinifilamente seovad kimpudeks valgud fimbriin, villiin ja a-aktiniin.
• kontraktiilsete struktuuridena, näiteks stressi fiibrites ja aktiini rõngas. Stressi fiibrid on iseloomulikud rakkudele, mis kinnituvad substraadile. Kui rakk tuleb substraadilt lahti (näiteks siis, kui algab mitoos), siis stressi fiibrid kaovad. Aktiini rõngas on ajutine kontraktiilne struktuur, mis moodustub tsütokineesi ajal. Seal on aktiinifilamendid orienteeritud antiparalleelselt ja nendega on seotud mootorvalk müosiin.
• geelitaolise võrgustikuna, kus aktiinifilamendid on omavahel paljudest kohtadest seotud teatud valkudega. Tuntuim valk, mis tekitab ühendusi üksteisega ristuvate aktiinifilamentide vahele, põhjustades sellega kolmemõõtmelise võrgustiku tekke, on filamiin.

Mikrohatud

Hulkraksete organismide rakkude sõrmekujulised väljakasvud. Moodustise teljeks on membraaniga valkude vahendusel (müosiin I) seotud 20–30 aktiinifilamentidist koosnev kimp. Aktiinifilamente seovad omavahel samuti valgud (fimbriin ja villiin). Filamendid on orienteeritud (+) otsaga hatu tipu suunas. Mikrohatud moodustuvad vedela keskkonnaga piirnevatel rakkudel ja katavad näiteks soole epiteelirakke. Pikkus 0,5–10 µm, diameeter 100 nm. Igal rakul võib esineda tuhandeid hattusid. Funktsiooniks on toitainete transport. Väljakasvud suurendavad oluliselt soole pinda.

Aktiini rõngas

Tsütoplasma jagunemine tsütokineesi käigus toimub kontraktiilse aktiini rõnga abil, mis koosneb peamiselt aktiinifilamentidest. Kontraktiilset rõngast moodustavad aktiinifilamendid kinnituvad plasmamembraanile teatud valkude vahendusel. Kontraktiilne rõngas moodustub anafaasi alguses. Vajalik jõud plasmamembraani sissenöördumiseks tekib aktiini ja müosiini interaktsioonil.

Aktiini polümeriseerumise regulatsioon

Rakkudes esinevad mitmesugused valgud, mis seostuvad aktiiniga ja soodustavad või pärsivad aktiini polümeriseerumist. Arvestades, et Kk (kriitiline kontsentratsioon) G-aktiini jaoks on 0,1 µM, aktiini kontsentratsioon tsütosoolis 0,5 mM, peaks rakkudes tavaliselt esineva soolade kontsentratsiooni juures kogu aktiin olema polümeriseerunud, tegelikkuses on aga ~40% polümeriseerumata. Vaba aktiini kontsentratsioon in vivo on väga kõrge ~50–200 µM. Selle põhjuseks on valk tümosiin (MW 5000, 0,55 mM), mis seostub ATP G-aktiiniga ja takistab monomeeride polümeriseerumist. Et polümeriseerumine muutuks teatud tingimustes võimalikuks, esineb rakkudes täiendav aktiiniga seostuv valk profiliin (15 000 MW), mis on seotud monomeeride (+) otsa külge. Profiliiniga seotud monomeer seostub kergesti aktiinifilamendi (+) otsale ja pärast seostumist profiliini molekul eraldub. Profiliini kontsentratsioon rakkudes võib tõusta näiteks väljast saabuva signaali toimel. Signaal vabastab profiliini seosest rakumembraani fosfolipiididega.

Profiliin (sinine) seostununa aktiiniga (roheline)

Profiliin soodustab polümeriseerumist mitmel viisil:

• soodustab monomeeride seostumist F-aktiini (+) otsaga, ise seostudes monomeeri ATP sidumiskohast kaugema piirkonnaga, nii et ATP siduv vagumus saab seostuda F-aktiini (+) otsaga;
• seostub ka membraanis esinevate signaali ülekande ahelate ühenditega nagu fosfolipiid fosfoinositool-4,5-difosfaat (PIP2). Signaali tekkimise korral vabaneb profiliin seosest PIP2-ga ja võib kiirendada aktiini polümeriseerumist;
• profiliin on aktiiniga seostuvatest valkudest ainuke, mis soodustab aktiiniga seostunud nukleotiidi vahetust, näiteks ADP(adenosiindifosfaat) → ATP(adenosiintrifosfaat).

Tsütosoolis esinevad aktiinifilamentidega seostuvad valgud, mis määravad F-aktiini pikkuse, lagundades teda väiksemateks fragmentideks. Sellised lahutavad valgud jäävad ise seotuks F-aktiini (+) otsaga ja seetõttu monomeeride seostumist ei toimu. Ahel laguneb kiiresti (-) otsast, treadmilling’u kiirus kasvab. Seda tüüpi valkudest on tuntud gelsoliin ja kofiliin. Kofiliin seostub ka monomeeridega, takistades nende polümeriseerumist. Gelsoliin on aktiveeritav kaltsiumi kontsentratsiooni kasvades. Selline aktiinifilamentide lagunemine ei ole oluline mitte ainult rakkude ja tsütoplasma liikumiseks, vaid ka näiteks tsütokineesi jaoks. Kui filamendid on lagunenud väiksemateks juppideks, muutuvad ka tsütosooli omadused, näiteks viskoossus väheneb. Gelsoliinist on tingitud näiteks muutused trombotsüütide struktuuris ja vere hüübimine. Aktiinifilamendid stabiliseeritakse mitmete valkude poolt. Tuntud on CapZ valk, mis seostub (+) otsaga ja takistab uute monomeeride liitumist ja vanade eemaldumist. Tropomoduliin seostub filamentide (-) otstega. Mõlemast otsast blokeeritud filament on stabiilne. Sellised filamendid eksisteerivad stabiilse tsütoskeletiga piirkondades, nagu näiteks lihaste sarkomeerid, viburid ja ripsmed ja erütrotsüütide membraan. Vahelduvat polümeriseerumist/depolümeriseerumist nõudvates struktuurides eemaldatakse CapZ valk näiteks PIP2 mõjul, mis vabaneb membraanidest teatud välissignaalide toimel.

Treadmilling

Kui G-aktiini kontsentratsioon langeb teatud kriitilise piirini, nii et polümerisatsioon (+)otsast saab võrdseks monomeeride eraldumisega (-)otsast, siis filamendi netopikkus küll ei muutu, muutub aga iga üksiku monomeeri asend filamendis. Treadmilling võib olla üks mehhanism, mille abil genereeritakse rakus liikumine.

Aktiini polümerisatsiooniastet mõjutavad valgud

• Aktiini monomeeride polümeriseerumist kontrolli all hoidvad valgud
  • profiliin (seostub monomeeri (+) otsaga ja võimaldab vagumusse seotud ATP vahetust) ja kiirendab polümeriseerumist.
  • tümosiin &beta4 seostub ATP G-aktiiniga ja takistab polümeriseerumist
• Aktiinifilamente lagundavad valgud (kofiliin, gelsoliin):
  • lagundavad filamendid lühemateks juppideks, sageli seostuvad (+) otsaga, takistades täiendavat polümeriseerumist ja soodustades lagunemist (–) otsast. Olulised tsütoskeleti kiirete ümberkorralduste ajal.
• Aktiinifilamentide pikkust stabiliseerivad valgud (CapZ, tropomoduliin):
  • CapZ seostub (+) otsaga, tropomoduliin (–) otsaga. Need on olulised valgud, kui on vaja säilitada kindla pikkusega filamente, näiteks erütrotsüütide membraanides.

Aktiini polümeriseerumise 3 etappi

• lag-faasi vältel (polümeriseerumistsentri teke) G-aktiin polümeriseerub lühikesteks ebastabiilseteks oligomeerideks. Kui oligomeerid saavutavad teatud suuruse (3–4 monomeeri), muutuvad nad stabiilseteks tsentriteks järgmisele faasile.
• kiire monomeeride lisandumine mõlemasse otsa (ahela pikenemine) ja F-aktiini filamentide teke.
• statsionaarne faas (tasakaal polümeriseerumise ja depolümeriseerumise vahel) – filamentide pikkus on konstantne.