Строение миозина и его домены

Обновлено: 25.04.2024

Живые организмы движутся. Клетки движутся. Органеллы и макромолекулы внутри клеток тоже движутся. Основная часть этих движений возможна благодаря активности удивительного класса белков — молекулярных моторов. С помощью химической энергии, источником которой обычно служит АТР, крупные агрегаты моторных белков претерпевают циклические конформационные изменения; эти изменения складываются в унифицированные, направленные воздействия — от крошечных, разводящих хромосомы в делящейся клетке, до невероятной силы, которую развивает в прыжке камышовый кот весом до двадцати килограммов.

Взаимодействия между моторными белками, как вы уже можете предсказать, являются результатом ионных, гидрофобных, ван-дер-ваальсовых взаимодействий и водородных связей в центрах связывания на молекулах белков. Однако в моторных белках эти взаимодействия достигают невероятно высокого уровня пространственной и временной организации.

Действие моторных белков лежит в основе сокращения мышц, перемещения органелл вдоль микротрубочек, вращения жгутиков бактерий и движения некоторых белков вдоль нити ДНК. Белки кинезины и динеины движутся вдоль микротрубочек в клетке и тянут за собой органеллы или перестраивают хромосомы в процессе деления клетки. Взаимодействие динеина с микротрубочками вызывает движение ресничек и жгутиков эукариотических клеток. Движение жгутиков бактерий связано с активностью сложного вращательного мотора в основании жгутика (рис. 19-39). На различных этапах метаболизма ДНК-хеликазы, полимеразы и другие белки должны перемещаться вдоль молекулы ДНК (гл. 25). В данной главе на примере хорошо известных сократительных белков скелетных мышц позвоночных мы рассмотрим, каким образом белки превращают химическую энергию в движение.

Миозин и актин — основные белки мышц

Движущей силой мышечных сокращений является взаимодействие двух белков — миозина и актина. Эти белки организованы в виде нитей, скольжение которых друг относительно друга приводит к сокращению мышц. Вместе актин и миозин составляют более 80% белковой массы мышц.

Миозин (Мr ≈ 540 000) состоит из шести полипептидных цепей — двух тяжелых (Мr ≈ 220 000) и четырех легких (Mr ≈ 20 000). Тяжелые цепи составляют основу структуры миозина. С-концы тяжелых цепей организованы в виде протяженных α-спиралей и переплетаются между собой, образуя левую суперскрученную спираль, напоминающую спираль α-кератина (рис. 5-27, а). На N-конце каждая тяжелая цепь содержит большой глобулярный домен с участком, на котором происходит гидролиз ATP. С глобулярными доменами связаны легкие цепи. При быстрой обработке протеазой трипсином длинный «хвост» молекулы миозина расщепляется, в результате чего образуются два фрагмента, называемые тяжелым и легким меромиозином (рис. 5-27, б). Содержащий глобулярную часть субфрагмент S1, или просто «головка» миозина, отделяется от тяжелого меромиозина при обработке папаином. «Головка» миозина представляет собой моторный участок, с помощью которого осуществляется сокращение мышц. Фрагмент S1 можно кристаллизовать, его структура определена Эйвеном Рэйментом и Хейзел Холден (рис. 5-27, в).

Рис. 5-27. Миозин, а) Миозин имеет две тяжелые цепи (изображены разными оттенками розового цвета), С-концы которых образуют протяженные суперскрученные «хвосты», а N-концы содержат глобулярные домены («головки»). С каждой «головкой» миозина связаны две легкие цепи (показаны синим цветом), б) Расщепление трипсином и папаином приводит к разделению «головки» (S1-фрагмента) и «хвоста» молекулы, е) Ленточная модель S1-фрагмента миозина. Тяжелая цепь изображена серым цветом, две легкие цепи — разными оттенками синего (координаты модели предоставлены Эйвеном Рэйментом).

В клетках мышц молекулы миозина агрегируют, образуя толстые нити, или филаменты (рис. 5-28, а). Эти палочковидные структуры служат стержнем сократительной единицы. В толстых нитях сотни молекул миозина организованы таким образом, что их «хвосты» образуют длинную биполярную структуру. Глобулярные домены выступают с каждой стороны нити в регулярном порядке.

Рис. 5-28. Основные элементы мышцы, а) Молекулы миозина агрегируют с образованием биполярных структур, называемых толстыми нитями, б) F-актин представляет собой нить мономерных звеньев G-актина; две нити F-актина навиваются друг на друга, образуя правозакрученную спираль, в) Пространственная модель нити актина (изображена с помощью разных оттенков красного цвета), одно из мономерных звеньев которой связано с «головкой» миозина (синий и серый цвет) (координаты предоставлены Эйвеном Рэйментом).

Вторым важным белком мышц является актин, которым богаты практически все эукариотические клетки. В мышцах молекулы мономерного актина — G-актина (глобулярный актин; Мr = 42 000) связаны в длинные полимерные цени F-актина (фибриллярный актин). Тонкие нити (филаменты) (рис. 5-28, в) образованы F-актином при участии белков тропонина и тропомиозииа. Формирование тонких нитей происходит по мере последовательного присоединения мономерных молекул актина к одному концу. Кроме того, каждая молекула актина связывает молекулу АТР и гидролизует ее до ADP, так что каждый мономер актина в составе нити находится в комплексе с ADP. Таким образом, гидролиз АТР под действием актина происходит только при сборке нитей; АТР не передаст энергию непосредственно в момент сокращения мышцы. Каждый мономер актина в составе тонкой нити может специфически и прочно связываться с одной головкой молекулы миозина (рис. 5-28, в).

Упорядоченные структуры тонких и толстых нитей образуются при участии других белков

Скелетные мышцы состоят из параллельных пучков мышечных волокон. Каждое волокно представляет собой одну очень большую многоядерную клетку с диаметром от 20 до 100 мкм. Эти клетки образуются в результате слияния многих клеток и часто распространяются на длину всей мышцы. Волокно состоит примерно из 1000 миофибрилл диаметром 2 мкм, каждая из которых содержит огромное количество регулярным образом упакованных тонких и толстых нитей в комплексе с другими белками (рис. 5-29). Каждую миофибриллу окружает система плоских мембранных везикул — саркоплазматический ретикулум. Под электронным микроскопом в мышечном волокне можно различить чередующиеся области высокой и низкой электронной плотности, называемые полосами А и I (рис. 5-29, б, в). Эти полосы возникают в результате специфической укладки тонких и толстых нитей, при которой они частично перекрываются. Полоса I представляет собой область пучка, который в поперечном сечении состоит только из тонких нитей. Более темная полоса А соответствует участку сосредоточения толстых нитей, а также включает в себя места перекрывания параллельно идущих тонких и толстых нитей. Полоса I в середине разделена Z-диском — тонкой структурой, расположенной перпендикулярно к оси тонкой нити и служащей в качестве якоря, к которому прикрепляются тонкие нити. Полоса А в свою очередь также разделена посередине линией М, или М-диском, — областью высокой электронной плотности в центре толстых нитей. Целиком вся сократительная единица, состоящая из пучков толстых нитей, перемежающихся на обоих концах с пучками тонких нитей, называется саркомером. Перемежающееся расположение пучков позволяет тонким и толстым нитям скользить друг относительно друга (механизм см. ниже), в результате чего происходит постепенное сокращение каждого саркомера (рис. 5-30).

Рис 5-29. Структура скелетных мышц. а) Мышечное волокно состоит из одной вытянутой многоядерной клетки, образующейся в результате слияния многих клеток-предшественников. Внутри волокна множество миофибрилл (на данном рисунке для простоты их изображено только шесть) окружены мембраной саркоплазматического ретикулума. Под электронным микроскопом видны полосы, образованные тонкими и толстыми нитями миофибрилл. При сокращении мышцы полоса I сужается, и соседние Z-диски сближаются друг с другом; б) расслабленная мышца; в) мышца в сокращенном состоянии.

Рис. 5-30. Сокращение мышцы. Толстые филаменты (нити) представляют собой биполярные структуры, образованные в результате ассоциации большого числа молекул миозина. а) Мышечное сокращение происходит в результате скольжения тонких и толстых нитей друг относительно друга, так что Z-диски соседних полос I сближаются. б) Тонкие и толстые нити перемежаются, так что каждая толстая нить окружена шестью тонкими.

Тонкие нити актина одним концом прикреплены к Z-диску. В образовании этого контакта участвуют также белки α-актинин, десмин и виментин. Тонкие нити, кроме того, содержат гигантский белок небулин (состоит примерно из 7000 аминокислотных остатков), который, как полагают, организован в виде α-спирали, перекрывающей длину всей нити. Аналогичным образом М-линия организует толстые филаменты. В этом участвуют такие белки, как парамиозин, С-белок и М-белок. Еще один класс белков — титины —наиболее крупные из известных на сегодняшний день белков, состоящих из единственной полипептидной цепи (титин сердечной мышцы человека состоит из 26 926 аминокислотных остатков). Титин связывает толстые филаменты с Z-диском, обеспечивая дополнительный уровень организации всей структуры. Считается, что небулин и титин служат своего рода «молекулярной линейкой», регулирующей длину и толщину соответственно тонких и толстых филаментов. Титин простирается от Z-диcкa до М-линии, регулируя длину самого саркомера и предотвращая перерастяжение мышцы. Длина саркомера в разных тканях различается, что, в частности, связано с наличием в организме позвоночных нескольких вариантов титина.

Толстые нити миозина скользят по тонким нитям актина

Взаимодействие между актином и миозином, как и всех белков с лигандами, основано на действии слабых сил. Если с миозином не связана молекула АТР, то головка миозина связывается с актином (рис. 5-31). Если миозин связывает молекулу АТР и гидролизует ее до ADP и фосфата, происходит циклическая серия конформационных изменений, при которых миозин высвобождает одну субъединицу F-актина и связывает следующую за ней.

Рис. 5-31. Молекулярный механизм мышечного сокращения. Конформационные изменения в «головке» миозина, сопряженные с циклом гидролиза АТР, приводят к диссоциации миозина из комплекса с одной субъединицей актина и его связыванию с другой, расположенной дальше вдоль тонкой нити. Так происходит скольжение толстых нитей вдоль тонких (см. рис. 5-30).

Этот цикл состоит из четырех основных стадий (рис. 5-31). На стадии 1 молекула АТР связывается с миозином, актомиозиновый комплекс распадается, и актин высвобождается. На стадии 2 молекула АТР гидролизуется, вызывая конформационные изменения в белке и его переход в состояние с более высоким уровнем энергии, в результате чего «головка» миозина поворачивается и меняет свою ориентацию относительно нити актина. Затем между «головкой» миозина и следующим мономерным звеном актина, расположенным ближе к Z-диску, возникает слабая связь. На стадии 3 от миозина отсоединяется фосфат, образовавшийся в процессе гидролиза АТР, что сопряжено с очередным конфирмационным изменением в молекуле миозина, приводящим к более прочному взаимодействию в актомиозиновом комплексе. Далее на стадии 4 «головка» миозина приходит в исходное состояние, так что в результате «хвост» миозина смещается относительно нити актина в сторону Z-диска. В завершение цикла молекула ADPвысвобождается. В результате каждого такого цикла совершается работа, эквивалентная 3-4 nН, и толстая нить смещается относительно тонкой нити на 5-10 нм.

На толстой нити находится множество «головок» миозина, и в каждый конкретный момент лишь немногие из них (вероятно, 1-3%) связаны с тонкими нитями. Это не позволяет толстой нити проскальзывать назад в тот момент, когда отдельная «головка» миозина высвобождает субъединицу актина, с которой была связана. Таким образом толстые нити активно сдвигаются относительно тонких нитей. Этот процесс, скоординированный во всех саркомерах мышечного волокна, приводит к сокращению мышцы.

Взаимодействие между актином и миозином должно регулироваться таким образом, чтобы мышечное сокращение происходило только в ответ на соответствующий сигнал нервной системы. Эта регуляция осуществляется с помощью двух белков — тропомиозина и тропонина (рис. 5-32). Тропомиозин связывается с тонкими нитями и блокирует центры связывания «головок» миозина. Тропонин является Са 2+ -связывающим белком. Нервный импульс вызывает высвобождение Са 2+ из саркоплазматического ретикулума. Ионы Са 2+ связываются с трононином (еще один пример взаимодействия белка с лигандом), что приводит к конформационным изменениям в комплексе тропонина с тропомиозином, в результате которых освобождается участок связывания миозина на тонкой нити. Происходит мышечное сокращение.

Рис. 5-32. Регуляция мышечного сокращения тропомиозином и тропонином. Тропомиозин и тропонин связаны с F-актином в тонких мышечных волокнах. При расслаблении мышцы оба белка располагаются вокруг актинового волокна, блокируя участки связывания миозина. Тропомиозин представляет собой α-спиральный белок, состоящий из двух пептидов, образующих двойную спираль (тот же структурный мотив, что и в α-кератине; рис. 4-10). Он образует полимеры типа «голова-хвост», которые закручиваются вокруг двух цепей актина. Тропонин присоединяется к комплексу актин/тропомиозин через регулярные интервалы 38,5 нм. Тропонин состоит из трех различных субъединиц: I, С и Т. Тропонин I предотвращает связывание головки миозина с актином; тропонин С содержит центр связывания ионов кальция, а тропонин Т связывает весь тропониновый комплекс с тропомиозином. Когда мышца получает сигнал начать сокращение, из саркоплазматического ретикулума высвобождаются ионы кальция (рис. 5-29, а) и связываются с тропонином С. Это приводит к конформационным изменениям в тропонине С, который меняет положение тропонина I и тропомиозина таким образом, что ингибирование тропонином I снимается, и мышечное сокращение становится возможным.

При работе скелетных мышц белки выполняют две свои обычные функции — связывание и катализ. Взаимодействие актина с миозином и иммуноглобулинов с антигенами — это частные случаи взаимодействия белка с лигандом. Эти процессы обратимы, и после их завершения участники процессов остаются в неизменном виде. Однако связавшийся с миозином АТР подвергается гидролизу до ADP и неорганического фосфата. Таким образом, миозин — это не просто белок, связывающий актин, но еще и фермент (АТРаза). Каталитическая активность ферментов является предметом обсуждения в следующей главе.

Краткое содержание раздела 5.3 Энергозависимые взаимодействия белков: актин, миозин и молекулярные моторы

■ В моторных белках взаимодействие белка с лигандом достигает особенно высокой степени пространственной и временной организации. Мышечное сокращение является результатом тонкого взаимодействия между миозином и актином, сопряженного с гидролизом АТР под действием миозина.

■ Миозин состоит из двух тяжелых и четырех легких цепей, образующих длинный спиральный домен («хвост») и глобулярный домен («головку»). Молекулы миозина организованы в виде толстых нитей, способных скользить вдоль тонких нитей, основой которых является актин. Гидролиз АТР под действием миозина приводит к серии конформационных изменений в «головке» миозина, в результате чего миозин диссоциирует из комплекса с одной субъединицей актина и образует комплекс с другой, расположенной дальше вдоль тонкой нити. Таким образом, нити миозина скользят по тонким нитям актина.

■ Сокращение мышцы стимулируется высвобождением Са 2+ из саркоплазматического ретикулума. Ионы Са 2+ связываются с белком тропонином, приводя к конформационным изменениям в комплексе тропонина с тропомиозином и инициируя цикл взаимодействий актина с миозином.

Биологическая библиотека - материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.

Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.

Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.

Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.

Строение миозина и его домены

• Молекулы представителей семейства миозинов содержат три структурных домена, которые обозначаются как головной (или моторный), регуляторный и хвостовой домены

• Моторный домен содержит АТФ- и актин-связывающие сайты и превращает энергию гидролиза АТФ в механическую работу

• В большинстве миозинов регуляторный домен действует как плечо рычага, преобразующее усилие

• Хвостовой домен миозина взаимодействует с белками карго или с липидами и определяет биологические функции миозионов

Представители семейства миозинов обычно характеризуются наличием трех структурных доменов. Эти домены обозначаются как моторный, регуляторный и хвостовой и схематически представлены на рисунке ниже. Размер моторного домена составляет 80 кДа; он содержит АТФ- и актин-связывающие сайты, ответственные за превращение химической энергии гидролиза АТФ в механическую работу.

Этот каталитический моторный домен имеет наиболее консервативную структуру у всех представителей семейства миозинов, и его наличие является характерной чертой миозиновых белков.

Регуляторный домен представляет собой участок молекулы, способный связывать белки, известные под названием легких цепей (поскольку по сравнению с «тяжелой цепью» миозина они обладают меньшей молекулярной массой). Большинство легких цепей представлено калмо-дулином или ему подобными белками. Индивидуальность структуры ассоциированных легких цепей определяется изоформой миозина и стадией развития организма. Изоформа миозина также определяет количество связанных легких цепей.

Обычно легкие цепи остаются прочно связанными с миозином и рассматриваются как субъединицы его молекулы. Подвижность и АТФазная активность некоторых миозинов регулируются путем модификации легких цепей при их фосфорилировании или за счет связывания ионов кальция.

Для генерации силы необходимо и достаточно наличие моторных и регуляторных доменов. Это подтверждается экспериментами по реконструированию системы подвижности in vitro.

На рисунке ниже представлена кристаллическая структура моторного и регуляторного доменов, предложенная на основании рентгеноструктурных исследований. Эта структура позволяет понять основные характеристики механизма генерации силы. Молекула миозина обладает удлиненной формой, и моторный домен состоит из внутреннего складчатого p-слоя, окруженного а-спиралями. Такая структура напоминает мотор микротрубочек — кинезин, несмотря на отсутствие гомологии между их структурами.

Сайт связывания АТФ, подобно аналогичным сайтам в АТФазах и G-белках, связывает фосфатные группы АТФ вместе с ассоциированными с ними ионами магния. Связывание нуклеотида изменяет конформацию актин-связывающего сайта и регуляторного домена. Сайт связывания актина расположен в большом углублении на конце молекулы, примерно в 4 нм от сайта связывания АТФ. Связывание нуклеотида с миозином контролирует степень открытия этого углубления, что, в свою очередь, влияет на связывание миозина с актином. Когда АТФ связывается с миозином, углубление слегка приоткрывается, и тем самым сродство миозина к актину снижается.

Регуляторный домен расположен сразу после моторного и выглядит как а-спиральная структура. Он играет важную механическую роль в функционировании миозина, действуя как «плечо рычага». При развитии усилия конформационные изменения в сайте связывания нуклеотида, которые определяются природой связанного нуклеотида (АТФ, АДФ-ФН или АДФ), переносятся с мотора на регуляторный домен. Эти изменения конформации вызывают поворот плеча рычага, представляющий собой рабочий ход, в результате которого генерируется усилие. Легкие цепи стабилизируют структуру регуляторного домена, что дает ему возможность действовать в качестве жесткого рычага.

Хвостовые домены ответственны за связывание клеточных белков и липидов и/или других молекул миозина. Структуры хвостовых доменов у белков, относящихся к семейству миозинов, сильно различаются. У многих белков они содержат четко различимые субдомены, которые обусловливают белок-белковые взаимодействия. Хвостовые домены определяют природу транспортируемого карго (белки или липиды) и позволяют некоторым миозинам образовывать димеры или олигомеры, напоминающие филаменты. Таким образом, они приобретают два или более каталитических моторных домена.

Толстые филаменты поперечно-полосатых мышц служат примером таких миозиновых филаментов. Различия в последовательности аминокислот хвостовых доменов являются следствием адаптации каждого типа миозина к выполнению в клетке специфических функций.

Миозиновые белки содержат три структурных домена (моторный, регуляторный и хвостовой),
обладающие разными функциями. Эксперимент, демонстрирующий, что миозиновые фрагменты, содержащие только моторный и регуляторный домены,
обеспечивают подвижность актиновых филаментов, которая визуализируется in vitro.
Фотографии представляют собой кадры видео, показывающего перемещение филаментов. Один из филаментов обведен кружком. Кристаллическая структура миозинового фрагмента,
содержащего моторный и регуляторный домены, представленная по данным рентгеноструктурного анализа,
представленным в Protein Data Bank file 2MYS. Регуляторный домен миозина (плечо рычага) претерпевает сильные конформационные изменения,
которые генерируют усилие для движения вдоль актинового филамента.
Гидролиз АТФ и высвобождение Фн вызывают вначале небольшие конформационные изменения в актиновой щели,
которые затем приводят к более сильным изменениям. Хвостовые домены миозинов обладают специфическими функциями.
Некоторые хвостовые домены содержат области, способные к олигомеризации с образованием миозиновых филаментов,
другие связываются с белками, участвующими в транспортных процессах или функционирующими как ферменты.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Строение миозина и его домены

«МЕХАНИЗМЫ КЛЕТОЧНОЙ ПОДВИЖНОСТИ»

преподаватель - д.б.н., профессор Е.А. Смирнова

Цитоскелет. Компоненты цитоскелета – микротрубочки, актиновые филаменты (микрофиламенты), промежуточные филаменты. Общие принципы формирования и функции.

Микротрубочки. Мономеры α и β тубулина. Гетеродимер α и β тубулина как субъединица для сборки полимера. Изоформы тубулина. Посттрансляционные модификации тубулина. Разнообразие семейства тубулинов. Строение микротрубочки, образование протофиламентов, листков и цилиндрических структур. Полярность микротрубочек. Динамическое равновесие между тубулином и микротрубочками. Динамика полимеризации тубулина, участие ГТФ в этом процессе. Регуляция динамического состояния микротрубочек in vitro и in vivo. Динамическая нестабильность и тредмиллинг. Взаимодействие тубулина с антимикротрубочковыми веществами (колхицином, нокодазолом, винбластином и паклитакселем/таксолом). Локализация микротрубочек в различных типах клеток (фибробласты, эпителий, нервные клетки, мышечные клетки). Белки, ассоциированные с микротрубочками (MAP). Структурные/поверхностные МАР, белки связанные с концами микротрубочек (катастрофины, +TIP белки, -TIP белки), разрезающие белки, моторные белки микротрубочек. Стабилизирующие и дестабилизирующие белки семейства МАР. Роль белков семейства MAP в регуляции динамического состояния и функциях микротрубочек. Моторные белки микротрубочек. Белки семейства кинезинов. Разнообразие суперсемейства кинезинов. Строение молекулы классического кинезина. Структурные и функциональные домены тяжелых цепей кинезина. Направленность кинезин-зависимого транспорта. Плюс и минус-конец ориентированные кинезины. Механохимический цикл кинезина, активация его АТФ-азной активности микротрубочками. Понятие процессивности кинезин-зависимого транспорта. Роль кинезинов во внутриклеточном транспорте. Белки семейства динеинов. Флагеллярный и цитоплазматический динеин, строение динеинового комплекса. Структурные и функциональные домены динеина. Роль динеина в движении ресничек и жгутиков. Цитоплазматический динеин, прикрепление к микротрубочкам и карго, механохимический цикл динеина. Строение динактинового комплекса, его взаимодействие с динеином. Локализация динеина и динактинового комплекса в клетках. Внутриклеточный транспорт, зависимый от динеина.

Центросома и ЦОМТ, типы ЦОМТ. Строение центросомы в клетках животных, ее динамика в клеточном цикле. Роль центросомы в инициации сборки микротрубочек и организации микротрубочек в цитоплазме. γ тубулин, γ-TURC, γ-TUSC, их роль в инициации сборки микротрубочек. Рекрутирование γ-TURC в центросому, механизмы и белковые комплексы, участвующие в этом процессе. Заякоривание микротрубочек в центросоме. Другие белки-нуклеаторы микротрубочек. Заякоривание микротрубочек в центросоме. Строение центросомы: центриоли и перицентриолярный материал. Структура и белковый состав центриолей. Материнская и дочерняя центриоли: сходства, отличия, функции. Образование центриолей – матричная модель и формирование de novo. Механизмы формирования процетриолей, контроль роста и удлинения. Белки перицентриолярного материала и их функции. Центриолярный и центросомный циклы. Цикл дупликации центросомы. Поведение центросомы при изменении формы клеток и при движении клеток. Центриоль как базальное тело жгутика и реснички. Роль в формировании аксонемы. Строение и функции аксонемы реснички и жгутика. Нецентросомные центры организации микротрубочек. Роль центросомы и центриолей в клетке. Патология митоза, связанные с нарушением центросомального/центриолярного циклов. Аппарат Гольджи как ЦОМТ.

Актиновые микрофиламенты. Строение молекулы/мономера актина. Изоформы актина, их экспрессия в различных типах клеток. Полимеризация актина in vitro, G- и F-актин. Строение актинового филамента, полярность и ее определение с помощью декорирования миозиновыми головками. Динамика полимеризации актина, динамическое равновесие G- и F-актина, участие АТФ в этом процессе. Взаимодействие актина с фаллоидином, цитохалазинами и латрункулином и применение этих веществ в экспериментальных исследованиях. Нуклеация актиновых филаментов в клетках. Белки-нуклеаторы Arp2/3, формины, spire и другие. Формирование сети микрофиламентов при участии Arp2/3 и пучков микрофиламентов при участии форминов. Классы актин-связывающих белков, их роль в регуляции динамики микрофиламентов. Белки, связывающиеся с G-актином – тимозин, профилин. Белки, связывающиеся с F-актином. ADF/кофилин как универсальный регулятор деполимеризации актина, его роль в обеспечении клеточной подвижности. Кэпирующие белки и их влияние на полимеризацию актина. Разрезающие белки и их взаимодействие с актином. Белки образующие поперечные связи между актиновыми филаментами (пучкующие и образующие сети) - филамин, фимбрин, α– актинин, спектрин.

Актин в клеточном морфогенезе. Локализация актина в культивируемых клетках и в клетках организма in situ: стресс-фибриллы и клеточный кортекс. Функции кортикальной сети актина и стресс-фибрилл. Ламелоподии, филоподии. Расположение актиновых филаментов и регуляция их полимеризации на переднем крае движущихся по субстрату фибробластов и кератоцитов. Роль Arp2/3 и кофилина. Роль белков семейства RhoGTP в формировании пучков и сетей актиновых филаментов. Расположение актиновых филаментов в микроворсинках, роль виллина, фимбрина и белка CapZ в образовании микроворсинок. Взаимодействие актиновых филаментов с плазмалеммой. Фокальный контакт, его строение. Специфические белки фокальных контактов: винкулин, таллин и другие. Опосредованное интегринами взаимодействие пучков актиновых филаментов и межклеточного матрикса в зоне фокального контакта. Взаимодействие стресс - фибрилл с межклеточными контактами эпителиоцитов. Суперсемейство миозинов. Разнообразие и общие свойства миозинов. Сходства и отличия с кинезинами и динеинами. Структура разных молекул миозина и миозина II. Структурные и функциональные домены тяжелых цепей миозина. Механохимический цикл миозина. Скорость движения различных миозинов по актину. Локализация различных типов миозинов в немышечных клетках. Миозин I, его взаимодействие с мембранами и роль в образовании микроворсинок. Миозин V и его роль в движении клеточных органелл. Образование биполярных пучков миозина II in vitro и в немышечных клетках in vivo, строение этих пучков. Роль миозина II в движении клеток по субстрату. Расположение миозина II в стресс - фибриллах и функции стресс-фибрилл. Перестройки актомиозиновой системы при распластывании клеток по субстрату, движении и при делении клеток.

Промежуточные филаменты. Свойства промежуточных филаментов, их отличия от микротрубочек и актиновых филаментов. Экспрессия разных белков промежуточных филаментов в клетках и тканях. Молекулярная организация промежуточных филаментов. Структура палочковидного мономера промежуточных филаментов. Механизм сборки промежуточных филаментов из октамерных субъединиц (ULF). Динамика промежуточных филаментов в клетках. Классы промежуточных филаментов. Кератины I и II типа, группа белков III типа (виментин, GFAP, десмин), IV типа (нейрофиламенты), белки ламины. Строение ядерной ламины. Заболевания, связанные с нарушением структуры ламинов (ламинопатии). Нестандартный тип промежуточных филаментов. Белки промежуточных филаментов как маркеры типа клеток. Локализация промежуточных филаментов в клетках. Взаимодействие различных белков промежуточных филаментов при их совместной экспрессии в клетках. Белки IFAP (белки связанные с промежуточными филаментами) и их роль в организации сети промежуточных филаментов, и связи с другими элементами цитоскелета. Заболевания, связанные с дефектами промежуточных филаментов. Система промежуточных филаментов как интегратор клеточной и тканевой архитектуры.

«Поворот и замок»: новая модель мышечного сокращения

Почти всякая незыблемая общепринятая теория, которую с проклятьями зубрят школьники и которую устало и одинаково рассказывают учителя и даже профессора ВУЗов, при внимательном рассмотрении оказывается отнюдь не однозначной, захватывающей и полной загадок. К теории мышечного сокращения вышесказанное относится в полной мере. В общих чертах она была разработана еще в 50-х годах прошлого века, и классический рисунок (рис. 1) с актиновыми и миозиновыми нитями до сих пор кочует из учебника в учебник. Однако реальная картина сокращения мышцы куда запутаннее, интереснее и непонятнее, со множеством подробностей и неожиданных действующих лиц и со сложными ролями, которые исполняют эти лица. О новой и удивительной отрасли науки, находящейся на стыке физики, математики и биологии и изучающей механизмы мышечного сокращения, рассказали в своих лекциях на проходящей при поддержке РВК, Фонда «Династия» и РФФИ Зимней школе Future Biotech доктор физико-математических наук Андрей Кимович Цатурян и доктор биологических наук, заведующий Лабораторией биологической подвижности Института иммунологии и физиологии УрО РАН Сергей Юрьевич Бершицкий.

Азбучные истины

Начнем с азов — собственно, с классической теории мышечного сокращения. Базовая сократительная единица мышечной ткани называется саркомером. Края саркомера — Z-диски — состоят из переплетающихся нитей различных белков. К одному из этих белков цепляются актиновые микрофиламенты, вдоль которых тянутся регуляторные белки тропонин и тропомиозин (рис. 2). Другой белок — титин, самый большой из известных в настоящее время белков, — крепится к соседнему участку Z-диска и служит длинной-длинной основой, с которой связываются молекулы белка миозина. Таким образом, саркомер состоит из чередующихся тонких (образованных многочисленными молекулами актина и регуляторными белками) и толстых (состоящих из тоже многочисленных молекул миозина и вспомогательных белков) нитей.

И вот начинается кое-что интересное. Импульс, подошедший к нервно-мышечному соединению, вызывает повышение внутриклеточного уровня кальция. Кальций присоединяется к регуляторным белкам, которые обматывали актин и загораживали его от миозина, в результате чего эти белки смещаются, и головка миозина, содержащая продукты гидролиза АТФ, приникает к молекуле актина. В результате различных пертурбаций (которые подробно описаны ниже), миозин крепко сцепляется с актином и меняет свою конформацию, поворачивая хвост относительно головки и выплевывая продукты гидролиза. Это происходит на множестве миозиновых головок и приводит к тому, что актиновая нить чуть-чуть сдвигается относительно миозиновой. Затем крепко сцепленный с актиновой нитью миозин связывается с АТФ, отцепляется от актина и претерпевает обратные конформационные изменения — то есть отворачивает хвост обратно (рис. 3).

Рис. 3. Схема мышечного сокращения (классический цикл Лимна–Тейлора)

Так, перебирая головками, миозиновые молекулы и обеспечивают работу мышцы. Расслабление же мышц происходит тогда, когда к мышечной клетке перестал подходить импульс и в нее перестал поступать кальций. Тогда отцепившиеся друг от друга актиновые и миозиновые нити постепенно возвращаются в свое первоначальное положение (отчасти благодаря эластичным свойствам молекул титина), и мышца расслабляется.

Вообще, способность миозина двигаться вдоль актиновой нити — это слишком удобное свойство, чтобы использовать его только для мышечного сокращения. Поэтому множество различных видов миозина (их еще называют «миозиновыми моторами», их филогенетическое дерево показано на рис. 4) применяется разными видами клеток для множества разнообразных функций — помимо собственно сокращения мышц они могут обеспечивать внутриклеточный транспорт, двигать трансмембранные белки и так далее (рис. 5).

Рис. 5. Вот примеры функций, которые могут выполнять в клетке миозины различных видов. Они могут тянуть вдоль актиновой нити какой-либо груз (в данном случае везикулу), могут сдвигать актиновую нить относительно другой актиновой нити либо относительно мембраны и могут, наконец, обеспечивать мышечное сокращение. Изображение из слайдов к лекции А. К. Цатуряна на Зимней школе

Различные миозины сильно отличаются друг от друга по строению (рис. 6): они могут быть одноголовыми или двухголовыми, с длинными или короткими хвостами; однако главная функциональная часть — головка — имеет практически одинаковое строение у всех видов миозина. То есть принцип работы миозина одинаков во всех случаях, а детали (например, размер хвоста) обеспечивают ту или иную специализацию.

Рис. 6. Вот какие разные бывают миозины. Изображение из слайдов к лекции А. К. Цатуряна на Зимней школе

Миозины — это не единственные моторные белки. Помимо них существует еще два класса моторов — динеины и кинезины. В отличие от миозинов, которые двигаются по актиновой нити, динеины и кинезины бегают по микротрубочкам, причем динеины — только в одну сторону, а кинезины — только в противоположную.

Гипотеза рычага

Теперь пришло время подробней разобраться, что же происходит с миозином при мышечном сокращении. Начнем с общепринятой в настоящее время теории, известной под названием «Гипотеза рычага».

Посмотрим внимательнее на молекулу миозина (а конкретнее — самого удобного для исследований миозина II, рис. 7). Понятно, что в головке миозина должно быть как минимум два важных места — одно, хватающееся за актин, и второе, в которое залезает АТФ. Исследователи, работающие с миозином, остроумно назвали «актиновый» участок головки «пастью», а «АТФный» — «карманом». И пертурбации, происходящие с миозином, можно описать довольно грубым выражением: «закрой пасть и держи карман шире».

Рис. 7. Структура миозина. Легкие цепи вокруг хвоста выполняют регуляторную роль в гладких мышцах и в немышечных миозинах. Изображение из слайдов к лекции А. К. Цатуряна на Зимней школе

Дело в том, что, чтобы АТФный карман открылся и в него мог попасть АТФ, актиновая пасть должна быть закрыта (то есть миозин должен сидеть на актине): закрытая верхняя челюсть пасти оттягивает створку кармана, и тот открывается. АТФ влезает в широко раскрытый карман.

И вот тут начинается самое интересное. Гидролиз АТФ может происходить только в закрытом кармане, а для того, чтобы карман закрылся, должна открыться пасть — то есть миозин должен отвалиться от актина. Но это еще не всё. Чтобы обеспечить гидролиз, окрестности кармана должны немного перестроиться, сдвинуться. Сдвигаясь, околокарманные участки вызывают небольшие изменения соседних областей, которые, в свою очередь, приводят к тому, что жесткий домен миозина под названием «конвертер» перебрасывается из одного устойчивого положения в другое и тянет за собой миозиновый хвост, отклоняя его на целых 60°. Курок взводится.

Теперь начинается следующий акт. Миозин с карманом, набитым АДФ и фосфатом, должен обязательно прильнуть к актину и закрыть пасть, потому что иначе выплюнуть фосфат он не в состоянии (то есть чисто теоретически он его когда-нибудь выплюнет, но очень нескоро; поэтому миозин — это, по сути, актин-зависимая АТФаза). Миозин сначала слабо связывается с актином при помощи электростатических взаимодействий, а затем запускается процесс закрытия пасти. Происходит это так. В результате конформационных изменений миозиновая головка разворачивается к актиновой нити таким образом, что, во-первых, образует контакт, очень большой по площади (больше 18 нм 2 !), а во-вторых, миозин сцепляется сразу с двумя актиновыми молекулами с помощью гидрофобных и электростатических взаимодействий, в результате чего сродство миозина к актину оказывается в тысячу раз выше, чем при первом соединении.

Итак, миозин выплевывает фосфат и, крепко-накрепко вцепившись в актин, претерпевает обратные конформационные изменения — хвост его «выстреливает», сдвигается относительно головки. Это происходит сразу на множестве молекул миозина и потому приводит к движению актиновой нити относительно миозиновой, а следовательно — и к сокращению мышцы. После этого АДФ выбрасывается из кармана. Миозин остается сцеплен с актином; пасть его закрыта — даже заперта! — крепко-накрепко, и если клетка мертва и все АТФ в ней уже закончились, то на этом грустном моменте история заканчивается, миозин и актин так и остаются в навсегда сцепившемся, застывшем состоянии, а у организма начинается трупное окоченение. Более оптимистичный сценарий, характерный для живой клетки с солидным запасом АТФ, предполагает, что в карман (который, как мы помним, головка с закрытой пастью держит шире) влезает новая молекула АТФ, пасть открывается, миозин отлипает от актина и цикл повторяется заново.

Roll and lock: поворачиваем и запираем

По гипотезе рычага, в мышечном сокращении существует только один момент генерации силы — когда поворачивается миозиновый хвост (рычаг). Однако некоторые данные рентгенографии и томографии мышц не то чтобы не согласуются с этой теорией, а свидетельствуют о том, что существует еще какой-то непонятный момент в сокращении мышцы, который гипотеза рычага не объясняет. Поэтому группа исследователей под руководством А. К. Цатуряна предложила теорию мышечного сокращения под названием «Roll and lock» — «Поворачиваем и запираем» (см.: Michael A. Ferenczi et al., 2005. The «Roll and Lock» Mechanism of Force Generation in Muscle). По этой теории, миозиновые головки садятся на актин еще до гидролиза АТФ, причем садятся не стройно и организованно, а как попало. На головке миозина есть длинный выступающий домен — «щуп», — который «нащупывает» подходящую себе (кислую и отрицательно заряженную) часть актиновой нити и прилипает к ней — как придется, под первым попавшимся углом. Однако стоит произойти гидролизу АТФ, как миозин меняет свою конформацию, головки поворачиваются под нужным углом и крепко и четко, как ключ с замком, сцепляются с актиновой нитью, а из миозинового кармана выбрасывается фосфат. И вот только после этого происходит поворот рычага. Иными словами, модель получается двухстадийной — на первом этапе головка миозина крепко и четко вцепляется в актин и при этом немного поворачивается, а на втором — поворачивается рычаг, причем сила, которая потом приведет к движению мышцы, генерируется на обоих этих этапах.

Помимо рентгеноструктурных и томографических данных, которые очень хорошо согласуются с теорией «Roll and lock», существует и несколько косвенных, но очень красивых доказательств ее правоты. Например, известно, что во время мышечного сокращения, в том случае, если мышца не меняет свою длину, всего чуть более 40% миозиновых головок сидит на актине, а остальные болтаются ни к чему не присоединенными. Однако когда сжатую мышцу насильно растягивают (например, такое бывает при беге, когда человек приземляется на напряженную мышцу), то жесткость мышцы резко увеличивается из-за того, что почти все свободные миозиновые головки резко сцепляются с актиновой нитью. Однако, судя по рентгеноструктурным данным, сцепляются они отнюдь не «намертво», как ключ с замком, а просто как попало. Объяснить это можно как раз с помощью теории «Roll and lock». Гидролиз АТФ при растяжении мышцы прекращается (оно и понятно: какой смысл тратить АТФ, если работа совершается не мышцей, а над мышцей), и все миозиновые головки переходят в состояние «активного актинового поиска» — их торчащий щуп ищет актиновую нить, нащупывает на ней подходящее место и сцепляется с ним — не крепко-накрепко, не как ключ с замком, а как попало. Однако для того, чтобы увеличить жесткость мышцы (и этим защитить кости от перелома) этого оказывается достаточно.

Гипотеза «Roll and lock» уточняет гипотезу рычага. Она лучше согласуется с экспериментальными данными и описывает мышечное сокращение более подробно. Но совершенно точно можно сказать, что и эта теория может быть уточнена и расширена — однако каким именно образом, мы пока еще не знаем. Мышечное сокращение, которое интенсивно и кропотливо исследуется уже многие годы, во многом по-прежнему остается неразгаданной загадкой.

Видеоиллюстрации:
1) Видео 1. Видеоиллюстрация гипотезы рычага. Миозин цепляется к актиновой нити, вцепляется в нее, поворачивает хвост, затем отцепляется и возвращает хвост в прежнее положение. Видео Кеннета Холмса.
2) Видео 2. Видеоиллюстрация гипотезы «Roll and lock». Миозин вначале ищет подходящее положение на актиновой нити, затем слабо соединяется с ней, потом сцепляется крепко — при этом вся головка поворачивается и развивает некоторое усилие, и только затем поворачивается хвост. Видео Мэри Риди.

Источники:
1) Лекции А. К. Цатуряна и С. Ю. Бершицкого на Зимней школе FutureBiotech.
2) Н. А. Кубасова, А. К. Цатурян. Молекулярный механизм работы актин-миозинового мотора в мышце (PDF, 5,7 Мб) // Успехи биологической химии. 2011. Т. 51. С. 233–282 — относительно свежий, очень подробный и хорошо написанный русскоязычный обзор по теме, находится в свободном доступе.
3) К. Бэгшоу. Мышечное сокращение // М.: Мир. 1985.
4) Н. Б. Гусев. Молекулярные механизмы мышечного сокращения (PDF, 321 Кб) // Соросовский образовательный журнал, т. 6, №8, 2000. С. 24–32.
5) А. Н. Тихонов. Молекулярные моторы. Часть 2. Молекулярные основы биологической подвижности (PDF, 852 Кб) // Соросовский образовательный журнал, с. 18–24, 1999.

научная статья по теме PОЛЬ ЛЕГКИX ЦЕПЕЙ МИОЗИНА В PЕГУЛЯЦИИ CОКPАЩЕНИЯ ПОПЕPЕЧНО-ПОЛОCАТЫX МЫШЦ ПОЗВОНОЧНЫX Биология

Текст научной статьи на тему «PОЛЬ ЛЕГКИX ЦЕПЕЙ МИОЗИНА В PЕГУЛЯЦИИ CОКPАЩЕНИЯ ПОПЕPЕЧНО-ПОЛОCАТЫX МЫШЦ ПОЗВОНОЧНЫX»

БИОФИЗИКА, 2010, том 55, вып.5, c.790-802

МОЛЕКУЛЯР НАЯ БИОФИЗИКА =

РОЛЬ ЛЕГКИX ЦЕПЕЙ МИОЗИНА В РЕГУЛЯЦИИ СОКРАЩЕНИЯ ПОПЕРЕЧНО-ПОЛОСАТЫХ МЫШЦ ПОЗВОНОЧНЫХ

А.Г. Бобылёв*, З.А. Подлубная* **

*Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН,

142290, Пущино Московской области; **Пущинский государственный университет, 142290, Пущино Московской области

E-mail: роЛыЬпауа@ iteb. ru Поступила в p едакцию 08.06.10 г.

П редставлены результаты исследований Са2+-чувствительности АТФазной активности миозина поперечно-полосатых мышц позвоночных в присутствии актина, условий ее проявления и исчезновения. Обсуждается ее значение в р егуляции сокращения поперечно-полосатых мышц позвоночных.

Ключевые слова: поперечнополосатые мышцы позвоночных, регуляция сокращения, актин, миозин, легкие цепи миозина, Са -чувствительность актин-активируемой АТФазной активности миозина.

Миозин, основной белок разных мышц, был открыт более 150 лет тому назад немецким ученым Кюне [1]. Открытие Энгельгардтом и Любимовой АТФазной активности у препара -тов миозина и их способности под действием АТФ изменять свой объем [2] привело авторов к предположению, что это явление лежит в основе мышечного сокращения. Позднее был открыт белок актин, который активир ует фермент миозин при гидролизе АТФ. Эти открытия были сделаны Сент-Дьёр ди и Штр аубом 3. Показано, что АТФазная активность миозина и его нитей многократно возрастает в присутствии актина и что она зависит от уровня кальция в образце. В присутствии ионов кальция она выше, чем в их отсутствие. Это свойство принято называть АТФазной Са2+-чувствитель-ностью. Она продемонстрирована для миозина многих исследованных мышц позвоночных и беспозвоночных [8].

Доказано, что в основе мышечного сокращения лежит скольжение толстых (миозинсо-держащих) и тонких (актинсодержащих) нитей относительно друг друга без изменения их длины (гипотеза «скольжения» [9,10]). Согласно общепринятым представлениям [11,12], сколь-

Сокращения: ТЦ - тяжелые цепи, ЛЦ - легкие цепи, ЛММ - легкий меромиозин, ТММ - тяжелый меромиозин, РЛЦ - регуляторные легкие цепи, СЛЦ - существенные легкие цепи.

жение пр оисходит благодар я структур ным перестройкам в миозиновых «головках», расположенных на поверхности толстых нитей, при их циклическом взаимодействии с актиновыми мономерами тонких нитей. Этот процесс обеспечивается энергией гидролиза АТФ АТФазой миозина, активируемой актином, и запускается увеличением внутрисаркомерной концентрации свободного кальция от 10-7 до ~10-5 М. В последнее время достигнут значительный про -гресс в изучении структуры актина и головок миозина на атомном уровне [13,14], однако мо-лекуляр ные основы механизма генер ации силы и ее Са2+-регуляции до сих пор окончательно не выяснены.

Запуск сокращения скелетных и сердечных мышц происходит в результате присоединения Са2+ к тропонину С тропонин-тропомиозино-вого комплекса, локализованного на тонких нитях [15]. Как следствие, основное внимание в области Са 2+-р егуляции акцентируется на тонких нитях и направлено на уточнение той или иной модели регуляции «актинового типа». В то же время роль миозина в регуляции поперечно-полосатых мышц позвоночных до сих пор не выяснена. Предполагается, что в этих мышцах он выполняет «модулирующую» функцию, т.е., не имея принципиального значения при Са 2+-запуске сокращения, он способен при определенных условиях контролировать динамику сократительного акта. П ри этом, прежде

всего, имеется в виду влияние фосфорилирова-ния миозина на силу и скорость сокращения.

Более 20 лет тому назад мы поставили задачу изучить действие ионов Са2+ в концентрациях, соответствующих состояниям покоя и активации, на функциональные каталитические и структурные свойства чистого миозина скелетных, сердечных и гладких мышц и формируемых им нитей. Мы исследовали АТФазную активность в in vitro системе из реконструиро-ванных нитей чистого миозина и актина (ак-тин-активируемая АТФаза миозина) и положение миозиновых мостиков на поверхности ре-конструир ованных миозиновых нитей при разных концентрациях ионов кальция. Изучение проведено с использованием биохимических методов для измерения АТФазной активности и электронной микроскопии для тестирования структурных переходов в нитях миозина. Выбор реконструированных нитей чистого миозина в качестве адекватной in vitro модели для изучения структурно-функциональных свойств миозина является оправданным. Он позволяет адресовать обнаруженные свойства конкретно миозину, а не миозинсвязывающим белкам. П римененный нами комплексный подход, со -четающий тестирование АТФазных свойств с параллельным наблюдением за структурным поведением миозиновых мостиков в нитях, максимально отвечал поставленной задаче - про-анализировать Са2+-чувствительность миозина, включая условия ее проявления. Электронно-микроскопическое тестирование расположения миозиновых мостиков представляется особенно

продуктивным, в том смысле, что структурное поведение миозина не зависит от актинового партнера и, следовательно, реально отражает его специфическое свойство, которое нельзя не учитывать в моделях Са2+-регуляции. Сопоставляя АТФазные и структурные данные о влиянии С а2+, полученные на одних и тех же пр е-паратах миозина, мы имеем возможность анализировать результаты по АТФазной активности в качестве критерия функционального со -стояния миозина, определяющего его способность или, наоборот, неспособность к Са2+-за-висимому структурному поведению. Подобного рода характеризация белка создает фундамент для дальнейшего выяснения субмолекулярных структур, отвечающих за Са2+-зависимые свойства миозина. Здесь мы ограничимся описанием результатов только по изучению Са2+-чувстви-тельности АТФазы миозина поперечно-полоса -тых мышц позвоночных в присутствии чистого актина. Результаты по Са 2+-зависимому структур ному поведению миозиновых мостиков (головок + С2) в реконструированных нитях миозина скелетных, сердечных и гладких мышц позвоночных опубликованы нами ранее 22.

СТРОЕНИЕ И СОСТАВ

П режде чем перейти к изложению результатов по Са2+-чувствительности АТФазной активности актомиозина, следует коротко остановиться на имеющихся данных о строении и составе молекул миозина и его нитей. Молекула миозина состоит из шести полипептидных цепей: двух тяжелых цепей (ТЦ) с молекулярной массой около 220 кДа и двух пар легких цепей (ЛЦ) с молекулярной массой порядка 20 кДа [14,25-29]. Тяжелые цепи закручены в двойную спир аль foiled соП) и образуют так называемый «хвост» длиной примерно 150 нм, который на N-конце переходит в две глобулярные головки размер ом около 160 х 65 х 40 А С каждой головкой нековалентно связана пар а легких цепей. В головках локализованы АТФазный и актинсвязывающий центры. Район перехода между головками и хвостом является гибким шарниром, еще один шарнир имеется в хвосте [25,27-35]. С-концевой фрагмент называется легким меромиозином (ЛММ) и составляет пример но две тр ети хвоста. Он нераствор им при низкой ионной силе и определяет агрегацион-ные свойства миозина, отвечая за правильную упаковку миозиновых молекул в стволе толстой нити. Тяжелый меромиозин (ТММ) включает в себя две головки (или субфрагменты-1, С-1) и часть хвоста (субфрагмент-2, С-2). ТММ рас-

творим при низкой ионной силе и сохраняет АТФазные и актинсвязывающие свойства миозина.

Определение кристаллической структуры миозиновой головки (С-1) на атомном уровне [14] стало одним из важных достижений последних лет. В ее составе были выявлены два домена: моторный (каталитический) и регуля-торный. Мотор ный домен образован К-конце-вой частью ТЦ и представляет собой глобу-ляр ную часть головки. Здесь а-спиральные уча -стки чередуются со складчатыми в-структура-ми. Характерной особенностью строения моторного домена является наличие двух глубоких щелей или «карманов». Один из таких «карманов» формирует нуклеотидсвязывающий центр. Другая глубокая и узкая щель начинается от актинсвязывающего центра, расположенного на противоположной стороне моторного домена, и заканчивается недалеко от нуклеотидсвязы-вающего центр а. Ей отводится важная роль в осуществлении коммуникации между двумя центрами в ходе сократительного цикла.

Регулятор ный домен, или р айон «шейки» головки, соединяет моторный домен и хвостовую часть миозиновой молекулы. Он состоит из вытянутой а-спирали ТЦ длиной около 8,5 нм, которую стабилизируют две легкие цепи. Местами присоединения легких цепей являются копии консервативной аминокислотной последовательности а-спирали примерно из 20 остатков. И х принято обозначать как Щ-участки [36,37]. ЛЦ имеют гантелевидную форму и включают в себя четыре субдомена. Одна из ЛЦ принадлежит к классу так называемых «регулятор ных» ЛЦ (РЛЦ), др угая - к классу «существенных» ЛЦ (СЛЦ). С ЛЦ примыкает к моторному домену, а РЛЦ находится вблизи района соединения шейки с субфрагментом-2 хвостовой части миозина. Полярность ЛЦ про -тив

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Читайте также: