imported>Nina: redirect

2026-03-02T05:59:11Z

redirect

Neue Seite

{{Infobox GO-Terminus
| Typ = C
| GO = 0042643
| Eltern = [[Mikrofilamente]]
}}
[[Datei:Actin with ADP highlighted.png|mini|Modell von G-Aktin ([[Tertiärstruktur]] des Proteins mit gebundenem [[Adenosindiphosphat|ADP]], in Bildmitte rot dargestellt)<ref>[https://www.rcsb.org/structure/1j6z Uncomplexed Actin], [[Protein Data Bank]]</ref>]]
[[Datei:Actin filament atomic model.png|mini|Modell eines F-Aktins aus 13 Aktin-Untereinheiten (basierend auf dem Filamentmodell von Ken Holmes<ref name="Holmes">K. C. Holmes, D. Popp, W. Gebhard, W. Kabsch: ''Atomic model of the actin filament.'' In: ''Nature.'' 347, 1990, S. 21–22. PMID 2395461.</ref>)]]

'''Aktin''' ({{enS|'''actin'''}}; von {{grcS|ἀκτίς|aktis}} ‚Strahl‘<ref>{{Literatur |Hrsg=Renate Wahrig-Burfeind |Titel=Wahrig. Illustriertes Wörterbuch der deutschen Sprache |Verlag=ADAC-Verlag |Ort=München |Datum=2004 |ISBN=3-577-10051-6 |Seiten=39}}</ref>) ist ein [[Strukturprotein]], das in allen [[Eukaryoten|eukaryotischen]] [[Zelle (Biologie)|Zellen]] vorkommt. Es ist Bestandteil des [[Zytoskelett]]s und eines der fünf häufigsten Proteine in Eukaryoten; in [[Muskelzelle]]n ist jedes zehnte Proteinmolekül ein Aktinmolekül, in anderen Zellen beträgt der Anteil 1–5 %.

Aktin kommt in zwei Zuständen vor: als globuläres Einzelmolekül oder ''G-Aktin'' und aneinandergereiht als Filament oder ''F-Aktin''. Charakteristisch für '''Aktinfilamente''' ist ihre dynamische Verlängerung und Verkürzung. Man zählt Aktinfilamente zu den [[Mikrofilamente]]n der Zelle. Sie dienen der Stabilisierung der äußeren Zellform sowie der Ausbildung von Zellfortsätzen, intrazellulären Verlagerungen und gerichteten zellulären Bewegungen. In mehrzelligen Organismen werden sie zu zentralen Komponenten für die [[Muskelkontraktion#Beschreibung des Kontraktionsmechanismus|Muskelkontraktion]]. Veränderungen in den für Aktine [[Genetischer Code|codierenden]] [[Gen]]en können zu Muskel- und anderen Erkrankungen führen.

== Geschichte ==
Aktin wurde erstmals 1887 von [[William Dobinson Halliburton]] experimentell aufgezeigt.<ref>Dariusz Grzanka, Maciej Gagat, Magdalena Izdebska: [https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0065128113000743 ''Actin is required for cellular death''.] In: ''Acta histochemica'', 2013.</ref> Er untersuchte in Analogie zur Gerinnung des Blutplasmas die Bedingungen, unter denen Proteine in Zellflüssigkeiten der Muskulatur ihre Zustandsform verändern („koagulieren“), und stellte den Einfluss eines Extraktes heraus, das er als „Myosin-Ferment“ bezeichnete.<ref name="Halliburton_1887">{{Literatur |Autor=[[William Dobinson Halliburton|W. D. Halliburton]] |Titel=On Muscle-Plasma |Sammelwerk=J. Physiol. (London) |Band=8 |Nummer=3–4 |Datum=1887-08 |Seiten=133–202 |PMC=1485127 |PMID=16991477}} Siehe insbesondere S. 147.</ref> Halliburton konnte seine Forschungen nicht weiter vertiefen, sodass die eigentliche Entdeckung des Aktins heute [[Brúnó Straub|Brunó Ferenc Straub]] zugeschrieben wird, der als Forschungsassistent im Labor [[Albert von Szent-Györgyi Nagyrápolt|Albert Szent-Györgyis]] am Institut für medizinische Chemie der Universität von [[Szeged]] in Ungarn über Proteine in Muskelzellen arbeitete.

[[Datei:Bauplan der Skelettmuskulatur.svg|mini|hochkant=1.2|Muskelzellen ([[Muskelfaser]]n) enthalten Myofibrillen ([[Muskelfibrille]]n); diese sind aus [[Protein]]en aufgebaut – Aktin bildet dünne Filamente, [[Myosin]] dickere (blau gezeigt).]]
Straub entwickelte 1942 eine Technik zur Extraktion von Muskelproteinen, die es ihm erlaubte erhebliche Mengen an relativ reinem Aktin zu gewinnen, und die im Wesentlichen unverändert heute noch angewendet wird. Szent-Györgyi hatte zuvor die zähflüssigere Form eines Myosins langsamer Muskelzellen als die „aktivierte“ Form beschrieben, und da Straubs Protein bei Myosinlösungen den gleichen Effekt zeigte, wurde es als „Aktin“ bezeichnet. Gibt man dem Gemisch bzw. dieser Zusammensetzung der beiden Proteine, „Aktomyosin“ genannt, dann [[Adenosintriphosphat|ATP]] zu, so nimmt seine Zähflüssigkeit wieder ab.

Während des [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieges]] waren Szent-Györgyi und Straub nicht in der Lage, in westlichen Wissenschaftsjournalen zu publizieren. Erst 1945 konnten sie ihre Thesen in den ''[[Acta Physiologica Scandinavica]]'' veröffentlichen,<ref name="Szent_Gyorgyi">{{Literatur |Autor=A. Szent-Györgyi |Titel=Studies on muscle |Sammelwerk=[[Acta Physiol Scand]] |Band=9 |Nummer=Suppl |Datum=1945 |Seiten=25}}</ref> womit der Begriff des Aktins auch im Westen bekannt wurde. Straub setzte seine Arbeit mit Aktin fort und berichtete 1950, dass Aktin gebundenes ATP enthält, welches während der Polymerisation der Mikrofilamente [[Hydrolyse|hydrolysiert]] wird zu [[Adenosindiphosphat|ADP]] und anorganischem Phosphat, wobei das entstehende ADP zunächst gebunden bleibt.<ref name="Straub_1950">{{Literatur |Autor=F. B. Straub, G. Feuer |Titel=Adenosinetriphosphate. The functional group of actin. 1950 |Sammelwerk=Biochim. Biophys. Acta |Band=1000 |Nummer= |Datum=1989 |Seiten=180–195 |DOI=10.1016/0006-3002(50)90052-7 |PMID=2673365}}</ref> Straub vermutete, dass die Umwandlung von gebundenem ATP zu gebundenem ADP bei der [[Muskelkontraktion]] eine erhebliche Rolle spielen würde. Tatsächlich trifft dies nur für [[glatte Muskulatur]] zu, wie jedoch erst 2001 experimentell nachgewiesen werden konnte.<ref name="Straub_1950" /><ref name="Bárány_2001">{{Literatur |Autor=M. Bárány, J. T. Barron, L. Gu, K. Bárány |Titel=Exchange of the actin-bound nucleotide in intact arterial smooth muscle |Sammelwerk=J. Biol. Chem. |Band=276 |Nummer=51 |Datum=2001-12 |Seiten=48398–48403 |PMID=11602582 |DOI=10.1074/jbc.M106227200}}</ref>

Die [[Aminosäuresequenz|Abfolge der Aminosäuren]] in der [[Polypeptid]]-Kette eines Aktins wurde 1973 von M. Elzinga und Mitarbeitern vollständig angegeben.<ref name="Elzinga_1973">{{Literatur |Autor=M. Elzinga, J. H. Collins, W. M. Kuehl, R. S. Adelstein |Titel=Complete amino-acid sequence of actin of rabbit skeletal muscle |Sammelwerk=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |Band=70 |Nummer=9 |Datum=1973-09 |Seiten=2687–2691 |DOI=10.1073/pnas.70.9.2687 |PMC=427084 |PMID=4517681}}</ref> Die [[Kristallstrukturanalyse|Kristallstruktur]] des G-Aktins konnte 1990 von Kabsch und Kollegen dargestellt werden.<ref name="Kabsch_1990">{{Literatur |Autor=W. Kabsch, H. G. Mannherz, D. Suck, E. F. Pai, K. C. Holmes |Titel=Atomic structure of the actin:DNase I complex |Sammelwerk=Nature |Band=347 |Nummer=6288 |Datum=1990-09 |Seiten=37–44 |DOI=10.1038/347037a0 |PMID=2395459}}</ref> Im gleichen Jahr schlugen Holmes und Kollegen, nachdem sie (Ko-)Kristallisationsversuche mit unterschiedlichen Proteinen durchgeführt hatten, ein Modell für F-Aktin vor. Das Verfahren der Ko-Kristallisation wurde in den Folgejahren wiederholt eingesetzt, bis 2001 das isolierte Protein zusammen mit ADP kristallin dargestellt werden konnte. Allerdings gibt es bislang für das Aktin noch keine Röntgenstrukturanalyse mit hoher Auflösung. Möglich geworden war die Kristallisation des G-Aktin durch die Verwendung von Rhodamin-Aktin (G-Aktin welches chemisch mit dem [[Fluoreszenzfarbstoff]] [[Rhodamine|Rhodamin]] verbunden ist), welches die Polymerisation durch Blockierung der Aminosäure Cystein-374 verhindert.<ref name="Otterbein_2001">{{PDB|1J6Z}}; {{Literatur |Autor=L. R. Otterbein, P. Graceffa, R. Dominguez |Titel=The crystal structure of uncomplexed actin in the ADP state |Sammelwerk=Science |Band=293 |Nummer=5530 |Datum=2001-07 |Seiten=708–711 |DOI=10.1126/science.1059700 |PMID=11474115}}</ref>
[[Christine Oriol-Audit]] gelang es bereits 1977, Aktin in Abwesenheit von Aktin-bindenden Proteinen (ABP) zu kristallisieren. Doch waren die resultierenden Kristalle für die damalige Technik zu klein, um sie weiter analysieren zu können.<ref name="Oriol_1977">{{Literatur |Autor=C. Oriol, C. Dubord, F. Landon |Titel=Crystallization of native striated-muscle actin |Sammelwerk=FEBS Lett. |Band=73 |Nummer=1 |Datum=1977-01 |Seiten=89–91 |DOI=10.1016/0014-5793(77)80022-7 |PMID=320040}}</ref>

Zwar liegt derzeit für das filamentöse Aktin (F-Aktin), noch kein hochauflösendes Modell vor, doch konnten Sawaya und sein Team 2008 zu einem genaueren Bild der Struktur beitragen, das sich auf die Analyse verschiedener Kristalle von Aktin-Dimeren stützt, bei denen zwei G-Aktine über unterschiedliche Bindungsstellen verbunden sind.<ref name="pmid18391412">{{Literatur |Autor=M. R. Sawaya, D. S. Kudryashov, I. Pashkov, H. Adisetiyo, E. Reisler, T. O. Yeates |Titel=Multiple crystal structures of actin dimers and their implications for interactions in the actin filament |Sammelwerk=Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. |Band=64 |Nummer=Pt 4 |Datum=2008-04 |Seiten=454–465 |DOI=10.1107/S0907444908003351 |PMC=2631129 |PMID=18391412}}</ref> Das hierauf beruhende Modell wurde von Sawaya und Lorenz weiter verfeinert. Mit Methoden der Kryo-[[Elektronenmikroskopie]]<ref name="Narita_2006">{{Literatur |Autor=A. Narita, S. Takeda, A. Yamashita, Y. Maéda |Titel=Structural basis of actin filament capping at the barbed-end: a cryo-electron microscopy study |Sammelwerk=EMBO J. |Band=25 |Nummer=23 |Datum=2006-11 |Seiten=5626–5633 |DOI=10.1038/sj.emboj.7601395 |PMC=1679762 |PMID=17110933}}</ref> und der Nutzung von [[Synchrotron]]-Strahlung konnte jüngst eine höhere Auflösung erreicht werden mit der Möglichkeit, die Interaktionen und Konformationsänderungen von G-Aktin während des Übergangs zu F-Aktin bei der Bildung von Aktin-Filamenten besser zu verstehen.<ref name="Oda_2009">{{Literatur |Autor=T. Oda, M. Iwasa, T. Aihara, Y. Maéda, A. Narita |Titel=The nature of the globular- to fibrous-actin transition |Sammelwerk=Nature |Band=457 |Nummer=7228 |Datum=2009-01 |Seiten=441–445 |DOI=10.1038/nature07685 |PMID=19158791}}</ref><ref name="vonderEcken_2015">{{Literatur |Autor=J. von der Ecken, M. Müller, W. Lehman, D. J. Manstein, P. A. Penczek, S. Raunser |Titel=Structure of the F-actin-tropomyosin complex |Sammelwerk=Nature |Band=519 |Nummer=7541 |Datum=2015-05 |Seiten=114-117 |DOI=10.1038/nature14033 |PMID=25470062}}</ref>

== Aufbau ==
Aktin wird von einer [[Gen]]familie kodiert. Der Mensch hat sechs [[paralog]]e Varianten, die sich nur in wenigen Aminosäuren unterscheiden und in verschiedenen Gewebetypen [[Genexpression|exprimiert]] werden; funktionell sind diese [[Isoform]]en als alpha-, beta- oder gamma-Aktine differenzierbar.
{| class="wikitable"
|- class="hintergrundfarbe5"
! [[Gen]] || class="sorted" | Protein || class="sorted" | [[Genlocus]] || class="sorted" | Länge ([[Aminosäuren|AA]]) || [[Online Mendelian Inheritance in Man|OMIM]] || Lokalisierung || Pathologie
|-
| [https://www.genenames.org/data/gene-symbol-report/#!/hgnc_id/HGNC:129 ACTA1]
| [https://www.uniprot.org/entry/P68133 alpha-1]
| [[Chromosom 1 (Mensch)|1q42.13]]
| 375
| {{OMIM|102610|kurz}}
| Skelettmuskulatur
| [[Nemalin-Myopathie]] Typ 3 (NM3); [[Kongenitale Myopathie]]n (CM/CFTD)
|-
| [https://www.genenames.org/data/gene-symbol-report/#!/hgnc_id/HGNC:130 ACTA2]
| [https://www.uniprot.org/entry/P62736 alpha-2]
| [[Chromosom 10 (Mensch)|10q22-24]]
| 375
| {{OMIM|102620|kurz}}
| Glatte Muskulatur; Aorta
| Familiäres thorakales [[Aortenaneurysma]] Typ 6 (AAT6)
|-
| [https://www.genenames.org/data/gene-symbol-report/#!/hgnc_id/HGNC:132 ACTB]
| [https://www.uniprot.org/entry/P60709 zytoplasmisch-1; beta]
| [[Chromosom 7 (Mensch)|7p15-p12]]
| 374
| {{OMIM|102630|kurz}}
| Zytoplasma; Zytoskelett
| ''[[Dystonie|juvenile-onset dystonia]]''; [[Diffuses großzelliges B-Zell Lymphom]]
|-
| [https://www.genenames.org/data/gene-symbol-report/#!/hgnc_id/HGNC:143 ACTC1]
| [https://www.uniprot.org/entry/P68032 kardial-alpha]
| [[Chromosom 15 (Mensch)|15q11-14]]
| 375
| {{OMIM|102540|kurz}}
| Herzmuskel
| Dilatative [[Kardiomyopathie]] Typ 1R (DCM1R); [[Hypertrophe Kardiomyopathie]] Typ 11 (HCM11)
|-
| [https://www.genenames.org/data/gene-symbol-report/#!/hgnc_id/HGNC:144 ACTG1]
| [https://www.uniprot.org/entry/P63261 zytoplasmisch-2; gamma-1]
| [[Chromosom 17 (Mensch)|17q25]]
| 374
| {{OMIM|102560|kurz}}
| Zytoplasma; Zytoskelett
| ''[[Hörsturz|non-syndromic sensorineural deafness autosomal dominant]] Typ 20 (DFNA20)''
|-
| [https://www.genenames.org/data/gene-symbol-report/#!/hgnc_id/HGNC:145 ACTG2]
| [https://www.uniprot.org/entry/P63267 gamma-2]
| [[Chromosom 2 (Mensch)|2p13.1]]
| 374
| {{OMIM|102545|kurz}}
| Glatte Muskulatur; Darm
|
|}

Liegt Aktin als einzelnes Molekül (Monomer) vor, wird es als globuläres Aktin oder ''G-Aktin'' bezeichnet. Seine zum Protein kugelförmiger Gestalt aufgefaltete [[Polypeptid]]kette hat bei einer Länge von 375 Aminosäuren ein Gewicht von ca. 42 [[Dalton (Einheit)|kDa]]. Aktin ist ein evolutionär hoch [[Konservierung#Evolution|konserviertes]] Protein; beispielsweise weichen die Aktine von Algen und die von Menschen nur in einem Siebtel ihrer Aminosäuren voneinander ab, beziehungsweise stimmen die codierenden Genabschnitte zu über 85 % in ihrer [[Basensequenz]] überein. Ein bakterielles [[Homologie (Genetik)|Homolog]] des Aktins ist [[FtsA]].

== {{Anker|G- und F-Aktin}} Aktinfilamente ==
[[Datei:STD Depth Coded Stack Phallodin Stained Actin Filaments.png|mini|hochkant=1.2|Aktin-Filamente, Farben repräsentieren verschiedene Schichten.]]
[[Datei:FluorescentCells.jpg|mini|hochkant=1.2|Endothelzellen der Lungenarterie eines Rindes unter dem Mikroskop nach Markierungen durch verschieden [[Fluoreszenz|fluoreszierende]] Farbstoffe. Die ''Aktinfilamente'' erscheinen rot (durch [[TRITC]]), die ''Mikrotubuli'' dagegen grün (durch [[Fluorescein|FITC]]). Blau scheint die DNA der sechs ''Zellkerne'' (durch [[DAPI]]).]]

Monomeres globuläres oder G-Aktin kann sich aneinanderlagern zu [[dimer]]en, [[oligomer]]en und [[polymer]]en Gebilden. Polymeres filamentäres oder F-Aktin bildet den Hauptbestandteil von [[Mikrofilamente]]n. Bei dem so genannten Polymerisationsvorgang von G-Aktin zu F-Aktin, handelt es sich um eine nicht-kovalente Aneinanderreihung von G-Aktin-Einheiten zu einem doppelkettigen, helikalen Aktinfilament. Dieser Prozess verläuft dynamisch – ebenso der umgekehrte Vorgang, der Abbau des Filaments zu G-Aktin. Das Aktin-Netzwerk einer Zelle passt sich den aktuellen Erfordernissen rasch an und trägt so zur Zellbewegung bei.<ref name="pmid25788699">{{Literatur |Autor=P. W. Gunning, U. Ghoshdastider, S. Whitaker, D. Popp, R. C. Robinson |Titel=The evolution of compositionally and functionally distinct actin filaments |Sammelwerk=Journal of Cell Science |Band=128 |Nummer=11 |Datum=2015 |Seiten=2009–2019 |DOI=10.1242/jcs.165563 |PMID=25788699}}</ref><ref name="pnas_actin">{{Literatur |Autor=U. Ghoshdastider, S. Jiang, D. Popp, R. C. Robinson |Titel=In search of the primordial actin filament. |Sammelwerk=Proc Natl Acad Sci U S A. |Band=112 |Nummer=30 |Datum=2015 |Seiten=9150-9151 |DOI=10.1073/pnas.1511568112 |PMID=26178194}}</ref> Der Auf- und Abbau von Aktin-Filamenten kann durch [[Zytoskelett-Inhibitor]]en gehemmt werden.

{{Hauptartikel|Mikrofilamente}}

== Funktion ==

=== Stabilität ===
Aktin bildet als Bestandteil des [[Zytoskelett]]s ein dichtes, steifes, dreidimensionales ''kortikales Netz'' unterhalb der Plasmamembran, das durch die oben genannten Verbindungsproteine vernetzt ist. An bestimmten, spezifischen Punkten der Zelle tritt dieses Netzwerk verstärkt auf, z. B. in Membranausbuchtungen ([[Mikrovilli]], [[Pseudopodium|Pseudopodien]], [[Synapse]]n) sowie bei bestimmten [[Zellkontakt]]en ([[Adherens Junction]]s, [[Tight junctions|Tight Junctions]]) und tragen so zur Form und Stabilität von Zellen und Geweben bei.

=== Verankerung und Transportstrecke ===
Viele Transmembranproteine (Kanäle, Pumpen, Rezeptoren, Zelladhäsionsproteine) werden direkt oder indirekt an diesem kortikalen Aktinnetzwerk „gefesselt“ an ihrem Platz gehalten. Funktionell zusammengehörende Proteine werden dadurch auch in räumlicher Nähe gehalten. Entlang des Aktinnetzes erfolgt auch der Kurzstreckentransport von [[Vesikel (Biologie)|Vesikeln]] zur Membran durch Myosine, eine Klasse von Motorproteinen (während der Langstreckentransport von [[Mikrotubuli]] mit deren Motorproteinen [[Dynein]] und [[Kinesin]] übernommen wird). Dabei übernehmen die Myosine zum Teil die von Dynein/Kinesin herangebrachten Ladungen.

=== Zellmotilität ===
Viele eukaryotische Zellen besitzen ein hohes Maß an Bewegungsfähigkeit, Zellmotilität genannt. Sie erlaubt den Zellen gerichtete Formveränderungen bis hin zu Wanderbewegungen, der [[Zellmigration]]; so etwa in der Entwicklung von Nervenzellen oder bei einzelligen Organismen wie [[Amöbe]]n. Zellen des [[Immunsystem]]s nutzen ihre Motilität, um als fremd erkannte Zellen im Körper unschädlich zu machen, Hautzellen brauchen sie beispielsweise, damit Wunden verheilen können. Diese Beweglichkeit wird durch verschiedene Prozesse möglich.

Um die Zellumgebung zu „erfühlen“ und eine neue Bewegungsrichtung einzuleiten, spielt die Ausbildung von Zellauswüchsen wie [[Filopodien]] und [[Scheinfüßchen|Lamellipodien]] eine bedeutende Rolle. Diese werden durch Aktinfilamente gebildet und stabilisiert. Mit der gerichteten Aktinpolymerisierung in die Bewegungsrichtung kann eine Zelle auf Signale der Zellperipherie reagieren und [[Zellfortsatz|Zellfortsätze]] ausbilden. Durch Aktin-Myosin-Interaktion in Fibrillenbündeln (stress fibers) werden diese zu kontraktilen Zugseilen, die durch die Zelle verlaufen und sie formgebend mit Elementen der Unterlage oder [[Extrazelluläre Matrix|Matrix]] verspannen.

[[Datei:Actin-myosin.png|mini|hochkant=1.2|Querbrücken zwischen Aktin-Filamenten und den Köpfen von [[Myosin]]-Molekülen sind Grundlage der [[Muskelkontraktion#Beschreibung des Kontraktionsmechanismus|Aktin-Myosin-Wechselwirkung]]]]

=== Kontraktile Strukturen ===
Der Kontraktionsapparat aller Arten von [[Muskulatur]], also alle makroskopische Bewegung des Körpers und seiner inneren Organe (z. B. [[Darmperistaltik]]), basiert auf der [[Muskelkontraktion#Beschreibung des Kontraktionsmechanismus|Aktin-Myosin-Wechselwirkung]]. Dabei sind zahlreiche Aktinfilamente, Myosin II und andere Proteine in großer Zahl in hochgeordneter Weise angeordnet. Für Details sei auf die Artikel zu [[Muskelgewebe]] verwiesen.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Strukturprotein]]

Aktin - Versionsgeschichte

imported>Nina: redirect