Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 70
Текст из файла (страница 70)
34.5.Схематическоеизображениеструктуры поперечнополосатой мышцы, показывающеевзаимноеперекрываниетолстых и тонких нитей, и соответствующаяэлектроннаямикрофотография сверхтонкого продольного среза. (Печатается с любезного разрешенияд-ра Hugh Huxley.)нити миофибрилл состоят в основном измолекул миозина. Во-вторых, миозин - этофермент.В1939г.В. А. Энгельгардти М.
Н. Любимова обнаружили, что миозинобладает АТР-азной активностью:Рис. 34.6.Модель скользящих нитей.(Huxley Н. Е., The mechanism ofmuscular contraction, ScientificAmerican, Inc., 1965.)Рис. 34.7.Электронная микрофотография молекулы миозина. (Печатается с любезного разрешенияд-ра Susan Lowey.)миозин связывает полимеризованную форму актина - основного компонента тонкихнитей. Именно это взаимодействие играетключевую роль в генерировании силы, обеспечивающей смещение толстых и тонких нитей относительно друг друга.Молекуламиозинаоченьбольшая(500 кДа). Она состоит из двух идентичныхосновных цепей (по 200 кДа) и четырех легких цепей (примерно по 20 кДа).
На электронных микрофотографиях видно, чтомиозин состоит из глобулярной, образующей две головки части, присоединеннойк очень длинному стержню (рис. 34.7 и 34.8).Стержень представляет собой двухцепочечную α-спирализованную суперспираль.АТР + Н2ОADP + Pi + Н+Эта реакция является непосредственнымисточником свободной энергии, необходимой для мышечного сокращения. В-третьих,34.
Мышечное сокращениеи подвижность клеток263Рис.34.8.Схематическоеизображениемолекулы миозина.34.4. Миозин можно расщепитьна активные фрагментыЕсли миозин подвергнуть ферментативномурасщеплению, то образуются фрагменты,сохраняющие некоторые функции интактной молекулы. Выше на примере иммуноглобулинов (разд. 33.5) уже было показано,насколько плодотворен такой экспериментальный подход при изучении макромолекул. На самом же деле этот подход был разработан для миозина раньше, чем дляиммуноглобулинов. В 1953 г. Эндрью СентДьёрдьи (Andrew Szent Gyorgyi) показал, чтопри обработке трипсином миозин расщепляется на два фрагмента, названные им легким меромиозином и тяжелым меромиозином (рис.
34.9).Легкий меромиозин (ЛММ), подобномиозину, образует нити. Однако он не обладает АТР-азной активностью и не связываетактина. На электронных микрофотографияхвидно, что ЛММ имеет форму стержня; удлиненность структуры обусловливает высокую вязкость растворов ЛММ. Данныеопределения оптического вращения показали, что 90% молекулы ЛММ имеет структуру α-спирали. Это подтверждалось и прианализе дифракции рентгеновских лучей;волокна ЛММ дают сильный рефлекс при5,1 А, характерный для α-спирализованныхсуперспиралей.
В целом, как было установлено, ЛММ представляет собой двухцепочечный α-спирализованный стержень длиной 850 А.Тяжелый меромиозин (ТММ) обладаетсовершенно иными свойствами. ТММ катализирует гидролиз АТР и связывает актин,264Часть V.Молекулярная физиологияно не способен к образованию волокон.ТММ состоит из вытянутой стержневиднойчасти и глобулярной (в виде двух головок)области (рис. 34.9). При дальнейшем ферментативном расщеплении ТММ распадается на два глобулярных субфрагмента(обозначаемых S1) и один фибриллярныйсубфрагмент (S2). Каждый S1-фрагментимеет участок с АТР-азной активностьюи участок связывания актина.
Кроме того,к S1-фрагменту присоединены легкие цепимиозина. Легкие цепи способны модулировать АТР-азную активность миозина. Так,например, в гладких мышцах ими опосредовано регулирующее действие Са 2+ на сокращение.Рис. 34.9.Ферментативное расщеплениемиозина. На схеме не показаны4 легкие цепи.Рис. 34.10.Электроннаямикрофотография нити из очищенного F-актина.
(Печатается с любезногоразрешенияд-раJamesSpudich.)34.5. Актин образует нити, которыесоединяются с миозиномАктин - основной компонент тонких нитей.В растворах с низкой ионной силой актинсуществует в виде мономера массой 42 кДа,обозначаемого как G-актин (G от англ.globular - глобулярный). При повышенииионной силы до физиологического уровняG-актин полимеризуется в F-актин - фибриллярную форму, очень похожую на тонкие нити. На электронных микрофотогра-Рис. 34.11.Схематическое изображениеF-актина, состоящего из спирально расположенных мономеров актина.
(По схеме, любезно предоставленной д-ромJames Spudich.)фиях волокна F-актина выглядят как двенити бус, закрученные одна вокруг другой(рис. 34.10). Рентгеноструктурный анализпоказал, что F-актин представляет собойспираль из мономеров актина. Диаметр спирали - около 70 А. Структура состоит из повторяющихся участков длиной 360 А по осиспирали (рис. 34.11).Придобавлениираствораактинак раствору миозина образуется комплексэтих белков актомиозин.
Формированиеэтого комплекса сопровождается большимувеличением вязкости раствора. В 40-х годах Альберт Сент-Дьёрдьи показал, что возрастание вязкости обращается добавлениемАТР. Так было выявлено, что АТР вызываетдиссоциацию актомиозина на актин и миозин. Сент-Дьёрдьи получил также нити актомиозина, молекулы которого были ориентированы определенным образом токомжидкости. Когда эти нити поместили в рас+2+твор, содержащий АТР, К и Mg , получился поразительный результат: актомиозиновые нити сократились. В тех же условиях нити, образованные из одного миозина, не сокращались.
Эти замечательныеопыты дали основание думать, что мышечное сокращение возникает в результатевзаимодействия миозина, актина и АТР.34.6. Актин повышает АТР-азнуюактивность миозинаАТР-азная активность миозина значительновозрастает в присутствии стехиометрических количеств F-актина. Так, число оборотов увеличивается в 200 раз: от 0,05 до10 с-1. Собственно гидролиз АТР чистыммиозином идет очень быстро, но продуктыреакции-ADP и Рi - высвобождаются медленно.
Актин увеличивает число оборотовмиозина, присоединяясь к комплексумиозин—ADP—P i и ускоряя высвобождение ADP и Рi (рис. 34.12). После акта гидролиза актомиозин связывается с АТР, чтоприводит к его диссоциации на актин и миозин. В результате вновь образуется комплекс миозин—АТР, входящий в новый каталитический цикл. Эти реакции идутс участием Mg 2 + . Важнейшая особенностьрассматриваемого цикла, который былпредложен Эдвином Тейлором (EdwinTaylor) на основе изучения быстрой кинетики процесса, состоит в том, что актин обладает высоким сродством к миозину и комплексу миозин—ADP—P i , но низким сродством к комплексу миозин—АТР.
Вследствие этого актин то присоединяетсяк миозину, то высвобождается из комплекса34. Мышечное сокращениеи подвижность клеток265Рис. 34.12.Гидролиз ATP приводит к циклическому образованию и распаду комплекса актина и миозина.с ним - в зависимости от гидролиза ATР.Как будет показано ниже, это АТР-зависимое изменение во взаимодействии миозинаи актина лежит в основе генерированиясилы при мышечном сокращении.34.7. Толстые и тонкие нитимышечного волокна определенным образомориентированыЦиклический процесс образования и диссоциации комплекса миозина и актина создаеткоординированное движение потому, чтоэти белки входят в состав высокоорганизованной системы. Путем изучения интактныхРис.
34.13.266Электронная микрофотография реконструированной толстой нити.По обе стороны от свободнойзоны видны выступающие поперечные мостики. (Печатаетсяс любезного разрешения д-раHugh Huxley.)Часть V.Молекулярная физиологиямиофиламентов, отделенных от мышцы,а также искусственных волокон, образованных из очищенного миозина, Хью Хаксли показал, как расположены молекулымиозина в толстых нитях. Выделенная измышечного волокна толстая нить имеетдиаметр 160 А и длину примерно 1,5 мкм(15 000 А).
Вдоль нити периодически по спираливыступаютпоперечныемостики,и только в середине остается свободная отмостиков область протяженностью 1500 А(рис. 34.13).Аналогичную структуру имеют и искусственные толстые нити, образующиеся приснижении ионной силы раствора миозина.Длина наиболее короткой искусственнойнити составляет около 3000 А, а расположенная в середине свободная от мостиковзона - 1500 А. Поскольку такая же протяженность свободной зоны свойственна и более длинным искусственным нитям, очевидно, что рост толстых нитей происходитпутем добавления молекул параллельнок уже собранному ряду. Молекулы миозина,расположенные по одну сторону от свободной от мостиков зоны, ориентированыв одном направлении, тогда как молекулы подругую сторону ориентированы в противоположномнаправлении.Следовательно,толстые нити по самой своей природебиполярны.ЛММ, подобно миозину, агрегируетв растворах с низкой ионной силой, образуянити с периодической структурой, где длинаповторяющегося участка составляет по оси430 А, т.
е. столько же, сколько составляетрасстояние между поперечными мостикамив интактной толстой нити. Однако нити изЛММ гладкие, без выступающих мостиков.Это показывает, что поперечные мостикиобразуются в ТММ-части миозина, тогдакак ЛММ-единицы миозина образуют скелет толстых нитей.Тонкие нити также имеют определенноенаправление. Если миозин (или ТММ, илиприсуща направленность, одинаковая на обоих тяжах, составляющих тонкую нить.В некоторых препаратах тонких нитей, полученных из гомогенизированных мышц,часть нитей сохраняет связь с Z-пластинкой.При декорировании таких препаратов тяжелым меромиозином стрелки на всех нитях оказались направлены в сторону отZ-пластинки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
