Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Он представляет собою биполярную спиральную структуру, образованную одинаковыми субъединицами (палочкообразными молекулами миозина). Гексагональная упаковка актиновых и миозиновых филаментов в мышце указывает на то, что головки миозина, лежащие на поверхности спирали, должны совпадать с вершинами правильного шестиугольника-тогда их взаимодействие с актиновыми филамснтами будет оптимальным.
Этому требованию будет удовлетворять спираль, в которой на один виток приходится шесть миозиновых молекул (рис. 11-2, А), как показано на схеме (рис. 11-2, б), где изображена половина биполярного толстого филамента. На самом деле миозиновые филаменты устроены более сложно-три цепи мнозиновых молекул закручены вокруг друг друга, как жилы в канате; схема, приведенная на рис. 11-2, облегчает восприятие и иллюстрирует важные свойства реальной структуры. Насколько хорошо эта упрощенная схема отображает свойства толстого филамента миозина? А.
Биполярная структура толстых филаментов с гладкой зоной посе- 1ВВ Гпввв 11 редине образуется в результате соединения двух спиралей миозиа по способу «конец в конец» (верхний конец с верхним концом †рис. 11-2, Б). Могут ли действительно миозиновые спирали, подо5 ные изображенным на рис. 11-2, соединяться таким образоМ Будут лн соединяющиеся концы хорошо подогнаны друг к друг)! Какова протяженность гладкой зоны в соединенных спираляй Предположите, что гладкая зона идет от первой головки миозив! й на одной спирали до первой головки мнозина на противоположк ориентированной спирали. Как вы можете объяснить сужение, наблюдаемое на обоих конца толстого филамента миозинар (Это сужение хорошо демонстрнру ет фотомикрография в МБК, рис.
! 1-12.) Толстые фнламенты миозина поперечнополосатых мышц, кц правило, совершенно одинаковы по длине, а гладкая зона распс. с! н ложена точно посередине каждого филамента. Обладает ли спи. раль, изображенная на рис. 11-2, каким-нибудь свойством, которн объяснило бы, почему длина у всех толстых филаментов одна и н жег Б. Г.
Выполняя лабораторное задание, вы вместе с товарищами прове дите на изолированных мышечных волокнах опыты с новик; соединением, называемым «заблокированный АТР» (фоточувстви, тельный аналог АТР, который изначально активностью АТР к. обладает, но под действием света разлагается с образовалися. свободного АТР— см. рис. 11-3). Поскольку такой заблокирован ный АТР не связывается с компонентами мышц, его можа!'-' добавлять к мышечным волокнам, не опасаясь вызвать сокращ«: ние. Спустя некоторое время можно индупнровать расщепленж заблокированного АТР при помощи лазерного импульса и выэ,' вать этим мгновенное освобождение АТР сразу во всем мышечнок! волокне.
Вначале вы обрабатываете изолированное волокно поперечне,' полосатой мышщл глицеролом, чтобы сделать его проницаемьп! для нуклеотндов. Затем в буфере, содержащем АТР, вы помещаек! БЛОКИРОВАННЫЙ АТР—,,снь н О О О 1 ! 1 Π— Р— Π— Р— Π— Р— О ! !! ! -О О О ОСВЕЩЕНИЕ ЛАЗЕРОМ 1 ! 1 ΠРΠ— РΠР— О ! !! ! О О О Рнс. 11-3. Блокированный АТР (задача 11-5). АТР Цитоскелет 197 его в аппарат, позволяющий измерять напряжение в волокне при его сокращении. Как показано на рис. !1-4, вы меряете напряжение, возникающее под влиянием ряда экспериментальных воздействий: удаления АТР путем разбавления, добавки заблокированного АТР н его активации (расщепления) лазерным излучением. Полученные результаты приводят вас в замешательство, так как они сильно отличаются от полученных всеми остальными студентами.
Проверяя протокол вашего эксперимента, вы обнаруживаете, что забыли добавить в буфер Са". Преподаватель говорит вам, что на самом деле ваш эксперимент может служить хорошим контролем для остальной группы, но чтобы получить зачет, вам следует ответить на несколько вопросов и показать понимание предмета. Почему АТР в омывающем буфере не вызывал сокращения мышечного волокна? Почему при последующем удалении АТР возникло напряжение? Почему это напряжение развивалось так постепенно? (Если бы нашим мышцам для каждого акта сокращения требовалось по целой минуте, мы все двигались бы очень медленно.) Почему воздействие лазерным излучением на волокно, содержащее заблокированный АТР, вызвало расслабление? а г Е В 1О арами.
мин свс. Н-4. Напряжение, созлающее- св в поперечиополосатом мышеч- яои волокне при различных экспе- рвмеитальных воздействиях (залача 9-5). В. Изменение длины саркомера в процессе сокращения мышцы-это одно из ключевых наблюдений, на которых строится модель скользящих нитей. С изменением длины саркомера величина напряжения, создаваемого мышечным волокном, также меняется согласно этой модели. Соотношение между длиной саркомера и напряжением, развиваемым поперечнополосатой мышцей прн изометрическом сокращении, показано в виде диаграммы на рис. 11-5. В этой мышце длина миознновых филаментов составляет 1,6 мкм, а длина актиновых тонких филаментов (считая от У,-диска) — 1,0 мкм.
Исходя из модели скользящих филаментов и зная структуру саркомера, предложите свое объяснение (на молекулярном уровне) связи между длиной саркомера и создаваемым напряжением на каждом из отрезков (1, П, П1, 1Ч) графика на рис. 11-5. В живых организмах постоянно происходит превращение свободной химической энергии в движение. Сокращение мышц, биение ресничек, ток цитоплазмы, деление клеток и активный транспорт — все это примеры способности клеток переводить свободную химическую энергию в механическую работу.
Во всех этих случаях белковый «мотор» использует освобождаемую в химической реакции свободную энергию для перемещения связанной с ним моле- и 12в о % Я 1ОО а ч я о яо а а я гв о Рве. 11-5. Напряжение как фуикпия вввиы саркомера при изометриассяем сокращении (задача 11-б), з Длина сарнамара, мнм 198 Глава 11 Рис. 11-6, Превращение свободной химической энергии в механичес- кую работу (залачв П-7). А. Скольжение актиновых филаментов относительно миозиновых. Б. Активный транспорт Сва~ из клет- ки во внешнее пространство. Стрелки в каждом цикле нарисо- ваны лишь в одном направлении — в соответствии с прямой реакцией (нормальная работа). Стадии фос- форилироввния и дефосфорилиро- вания в цикле активного транспор- та каталиэируются ферментами, которые на схеме не изображены.
я. яктивныи тря»спорт я. скользящий«ил«мент ятр яор яор Мноаин Р,. Л' . ':.е ММ -ай °,ФМ Пнаамати аннан ~ мамбрана 'фарами с з' ВЯй ф ~-~ ~ай ~ К(сф ятр яор кулы (лиганда) в определенном направлении. Анализ превращена свободной энергии в некоторых (наиболее изученных) биоло~нчш ких системах позволяет предположить, что онн происходят в сош. ветствии со следующими принципами. 1. Для превращения свободной химической энергии в механикса кую работу используется цикл реакций. 2. На некотором этапе цикла лнганд прочно связывается с белка. вым «мотором». 3.
На каком-то этапе цикла «мотор» претерпевает крупное кся формационное изменение, в результате чего и происходит фв. зическое перемещение лиганда. 4. На каком-то этапе цикла константа связывания лнганда сильвр уменьшается, что позволяет лиганду отделиться от «моторах~ Эти принципы иллюстрируются двумя примерами превращр ния свободной энергии, которые показаны на рис. 11-6: 1) околыше ние относительно друг друга актнновых и миозиновых филамента~ и 2) активный транспорт Са" из клетки, где его концентраця1 э низка, во внешнюю среду, где его концентрация высока.
При рассмотрении этих циклов хорошо выявляются принципы прев )и щения свободной энергии. А. Каков источник свободной химической энергии для осуществлении этих циклов и какая в каждом цикле совершается механическаа работа7 Б. Что является в каждом из циклов тем лигандом, который проза связывается, а потом освобождается? Укажите этапы, где лига щ прочно связан. В. Какие конформационные изменения в белке-«моторе» созда ке «рабочий ход», а какие -«возвратный ход» в каждом цикле? Актиновые фнламенты и клеточный кортекс (мБк 11.1) 11-8 Заполните пропуски в следующих утверждениях.
А, Густая сеть актиновых филаментов и связанных с ними белков находящаяся непосредственно под плазматической мембрана( клетки, образует Б. Среди белков, образующих поперечные сшивки между актиновыш филаментами, обычно преобладает который преа ставляет собой длинную гибкую молекулу, состоящую из лвр одинаковых полнпептидных цепей. В. Среди белков, способных разжнжать гели актина в присутствп Са ', лучше всего изучен , который разрезает актию вую цепь и образует «шапочку» на плюс-конце (кэпирует его), Г.
В растительных клетках по причине их болыпих размеров и жесе кости стенок должен существовать мощный , обесяр чивающий ее эффективное перемешивание. Цнтоскелет 199 Укажите, какие из следующих утверждений правильные, а какие— нет. Если утверждение неверно, объясните почему. Гели, состоящие из актина и сшивающих его белков (например, филамина), устойчивы к внезапным воздействиям, но легко деформируются, если к ним приложены медленно и продолжительно действующие силы.
Миозин в немышечных клетках необходим для сокрашения и для создания тока цитоплазмы. Ток цитоплазмы у №сеРуа, вероятно, осуществляется с участием слоя поляризованных мнкротрубочек, лежащего непосредственно под неподвижным монослоем хлоропластов. В зрелых эритроцитах актиновые филаменты соединены непосредственно с мембраной. Актиновые филаменты, образующие сердцевину микроворсинки, жестко соединены между собой специальными связывающими актнн белками, в том числе фимбрином и фасцином. Так называемая критическая концентрация актина — это концентрация, необходимая для инициирования стадии нуклеации, предшествующей полимеризацин. Тредмиллинг актиновых фнламентов происходит за счет энергии гидролиза АТР.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
