Изучение взаимодействия кинетохоров хромосом с микротрубочками (1103003), страница 3
Текст из файла (страница 3)
рис. 3. На этомрисунке черным цветомизображенадиаграммараспределения для теоретических расчетов в предположении, что на димеретубулина есть только одинсайт связывания линкеракольца – на α-мономере.Белым цветом изображенаРис. 3. Диаграммы распределения углов наклона кольца относительно оси микротрубочки.
kflex = 20 kBT/рад и kDAM = 13kBT.диаграмма распределения для экспериментальных данных. Для сравнения была также посчитана серая диаграмма распределения в случае, когда на димер тубулина приходится двасайта связывания линкера кольца – один на α-мономере, другой – на β-мономере. С достоверностью 95% эта теоретическая диаграмма отличается от экспериментальной диаграммы.Эти данные хорошо согласуются с экспериментальными наблюдениями [Westermann 2005],11которые свидетельствуют о том, что субъединицы ДАМ-кольца связываются только с αмономерами димеров тубулина.У кольца есть несколько выгодных наклонныхположений относительно оси микротрубочки.
Ихможно проиллюстрировать с помощью полярнойдиаграммы, как это сделано на рис. 4. На диаграмме каждая точка изображает проекцию концаединичного вектора коллинеарного оси кольца наплоскость, перпендикулярную оси микротрубочки. Радиальные круги на диаграмме, идущие сшагом 0.05, показывают абсолютную величинупроекции, равную sin θ, где θ – угол ЭйлераРис. 4. Угловая диаграмма устойчивых положений ДАМ-кольца. kflex = 20kBT/рад и kDAM = 13 kBT.кольца. Азимутальные направления показывают расположение плоскостей протофиламентов, если смотреть от плюс конца к минус концу микротрубочки. Из диаграммы видно, чтоточки расположены неравномерно, что объясняется спиральностью микротрубочки. И наиболее часто кольцо образует угол 0.27±0.07рад с наклоном в сторону 5 протофиламента.Слабосвязывающееся с микротрубочкой ДАМ-кольцо движется по механизму направленной диффузии. Расчеты по зависимости эффективного коэффициента диффузии кольца,связанного с микротрубочкой, от kflex и kDAM показали, что наибольшее влияние на этот параметр оказывает величина kDAM, в то время как зависимостьот kflex небольшая.
Результаты расчетов изображенына рис. 5, на котором показаны зависимости эффективного коэффициента диффузии кольца от глубины ямы kDAM для различных изгибных жесткостейРис. 5. Зависимость коэффициентадиффузии кольца от энергии связывания линкеров с тубулином.линкеров kflex. Из графиков видно, что когда взаимодействие кольца с микротрубочкой очень слабое(kDAM < 2 kBT), кольцо диффундирует очень быстро.При этом эффективный коэффициент диффузии на этом участке мало зависит от глубиныДАМ-потенциала. При увеличении силы связывания (kDAM = 2-5 kBT) наблюдается экспоненциальная зависимость – увеличение силы связывания на 1 kBT приводит к 10 кратному12уменьшению эффективного коэффициента диффузии ДАМ-кольца в модели.При таких неглубоких ДАМ-потенциалах кольцо во время укорочения микротрубочкидвигается по механизму диффузии со смещением, см.
рис. 6, на котором изображено изменение положения центра кольца и деполимеризующегося конца микротрубочки с течениемвремени. Из графика видно, что кольцо совершает случайные движения вдоль микротрубочки, однако деполимеризующийся конец микротрубочки ограничивает движение кольца, недавая ему слететь с микротрубочки. Это происходит благодаря тому, что деполимеризующийся конец микротрубочки очень сильно раскрывается, и его диаметр превышает диметрДАМ-кольца. Поэтому такой конец микротрубочки играет роль энергетического барьера, который кольцо не может преодолеть, т.к.
дляэтого понадобилась бы энергия > 100 kBT дляРис. 6. Зависимость положения центраДАМ-кольца и конца микротрубочки приее деполимеризации. kflex = 20 kBT/рад иkDAM = 4 kBT.распрямления протофиламентов микротрубочки.Сильносвязывающееся с микротрубочкой ДАМ-кольцо двигается по механизму силовогошагания. При увеличении глубины ДАМ-потенциала наблюдаются сильные изменения вдинамическом поведении кольца. Так при kDAM= 10-15 kBT кольцо имеет очень маленький эффективныйкоэффициентдиффузии(<10-16см2/с), т.е.
такое кольцо при характерном времени проведения эксперимента порядка часавыглядело бы неподвижным. Но при деполимеризации микротрубочки изгибающиеся протофиламенты развивают силу давления на линкеРис. 7. Зависимость положения центраДАМ-кольца от времени при деполимеризации микротрубочки для разныхkDAM. kflex = 20 kBT/рад.ры кольца, достаточную для того, чтобы кольцоначало двигаться со скоростями порядка скорости разборки микротрубочки. При этом такоекольцо перемещается вдоль оси микротрубочки13шагами (см. рис.
7), что разительно отличается от диффузии слабосвязанного с микротрубочкой кольца (см. рис. 6). На рис. 7 разными оттенками изображены графики смещенияцентра кольца вдоль оси микротрубочки в зависимости от времени для разных значенийkDAM. Из рис. 7 видно, что центр сильно связанного с микротрубочкой кольца всегда движется в направлении деполимеризации микротрубочки и не испытывает случайно диффузиикак у слабосвязанного с микротрубочкой кольца. Однако и здесь наблюдается некий элемент случайности – движение кольца часто прерывается паузами, являющимися результатом стохастического поведения протофиламентов при разборке микротрубочки и вероятностными переходами кольца между устойчивыми положениями относительно микротрубочки.
При этом длительность пауз тем больше, чем больше сила связывания линкеров кольца споверхностью микротрубочки. Из-за чего с увеличением силы связывания наблюдается замедление скорости движения ДАМ-кольца и деполимеризации микротрубочки, см. рис. 8.Т.к. сильносвязанное с микротрубочкой кольцо перемещается вдоль оси микротрубочки шагами поддействием силы со стороны деполимеризующегосяконца микротрубочки, то такой механизм движенияможно назвать «силовым шаганием». При этом линкеры передвигаются 8нм шагами, что довольно такиочевидно, т.к. на протофиламентах микротрубочкисайты связывания линкеров идут как раз с этим шагом, равным длине димера тубулина. Центр же самогокольца передвигается с менее регулярным шагом вотличие от линкеров, т.к.
движение кольца являетсяРис. 8. Зависимость скоростидвижения ДАМ-кольца при разборке микротрубочки от kDAM. kflex= 20 kBT/рад.усреднением движения всех 13 линкеров, которые шагают асинхронно.Сильносвязывающееся с микротрубочкой ДАМ-кольцо обладает более лучшими динамическими характеристиками, чем слабосвязывающееся ДАМ-кольцо. Для сравнения двух типов колец – сильносвязывающихся (kDAM = 10-15 kBT) и слабосвязывающихся (kDAM = 1-5kBT) было исследовано две зависимости – сила остановки (stalling force) и сила отрывакольца от глубины ДАМ-потенциала. В первом случае нагрузка, приложенная к кольцу,равномерно распределялась между 13 субъединицами кольца и искалась такая величина нагрузки, при которой кольцо останавливалось при деполимеризации микротрубочки. Во вто14ром случае бралась неразбирающаяся стабильная микротрубочка с ДАМ-кольцом, к которому опять же была приложена равнораспределенная по кольцу нагрузка.
Только на этотраз искалась такая величина нагрузки, при которой кольцо начинало двигаться в сторонунагрузки, преодолевая ДАМ-потенциалы на поверхности микротрубочки и, в конечном счете, отрываясь от конца микротрубочки.Так, например, оказалось, что сила остановки для случая kDAM = 5 kBT равна ~ 60-70 пН, а для случая kDAM =13 kBT она равна ~ 40-50 пН. И, следовательно, в первомслучае КПД системы ~ 80-90%, а во втором ~ 50-60%,т.к. максимально развиваемая микротрубочкой сила потеоретическим оценкам равна 80пН.
Но КПД системы –не единственный параметр, определяющий оптимальность конструкции ДАМ-кольца. На рис. 9 изображенодва графика: 1) светлый – зависимость силы остановкиот глубины ДАМ-потенциала; 2) темный – зависимостьсилы отрыва от глубины ДАМ-потенциала. В районеРис. 9. Зависимость сил остановки и отрыва ДАМ-кольца отkDAM. kflex = 20 kBT/рад.точки пересечения этих двух графиков и немного правеенаходится область оптимального значения параметра kDAM, изображенная на рисунке штрихованным прямоугольником, т.к.
ДАМ-кольца, которые под действием деполимеризующейся микротрубочки развивают силу, большую, чем сила отрыва кольца от микротрубочки,будут постоянно терять связь с микротрубочками. С другой стороны также невыгодноиметь слишком большую силу связывания ДАМ-кольца с микротрубочкой, т.к. это приводит к маленькому КПД системы или вообще ее полной остановке. Таким образом, можнозаключить, что клетке более выгодно иметь ДАМ-кольца с гибкими линкерами, взаимодействующими с димерами тубулина микротрубочки с энергией kDAM ~ 13-15 kBT.На закрепленных к покровному стеклу микротрубочках образуютсякак нормальныеДАМ-кольца, так и ДАМ-структуры в виде недостроенных ДАМ-колец.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
