Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 308
Текст из файла (страница 308)
16.В. Тепловая устойчивость цитоснелетнык филаментов с динамичными нонцами. Образование цитоскелетнык филаментов из нескольких протофила ментов позволяет концам оставаться динамичными, а фила ментам быть устойчивыми к тепловому разрушению. В данном мпотетическом примере филамент состоит из пяти протофиламентов. Связи, удерживающие субьединицы вместе, показаны красным.
дииичиыми контактами. Только после этого полимер будет быстро собираться путем добавления новых субъедиииц. Начальный процесс сборки зародыша назван нуклеицией (зарождение и, или зародышеобразованием) филамеита, и ои может продолжаться довольно дительиое время в зависимости от того, сколько субьедиииц должно сблизиться для образования зародыша. Неустойчивость маленьких агрегатов создает кинетический барьер иуклеации, который легко наблюдать в растворах актива или тубулииа -- субъедиииц актииовых филамеитов и микротрубочек соответственно.
Когда полимеризацию инициируют (за счет повышения температуры или концентрации соли) в пробирке, содержащей раствор отдельных субъедиииц, сначала наблюдает лаг фаза, во время которой филамеиты не обнаруживаются. Однако в течение лаг фазы несколько маленьких нестабильных агрегатов переходят в более устойчивую филамеитиую форму. В результате после этой фазы наблюдают фазу быстрого удлинения филамеитов, во время которой субъедииицы быстро присоединяются к концам зародышей филамеитов (рис. 16.10, а). Наконец, система достигает стационарного состояния, при котором 14Ж т(аеп(Ф.Вй)Гтфеснняяорганязацвяяпетхи подвижные длинные субьединицы: преобладают патерапьные контакты Рис.
1бйъ Прочный фнламемт, состоящий из связанных латерально удлиненных волокнистых субьеднниц. Так собираются промежуточные филаменты, которые в результате особенно устойчивы к силам растяжения, но легко гнутся. скорость добавления новых субъединиц к концам филамента уравновешивает ско рость диссоциации субъединиц с концов. Стационарная концентрация оставшихся в растворе субъединиц называется критическог) когггяентрит(иеи, С, Как отмечено в приложении 16.2 (стр. 1496 — 1497), величина критической концентрации равна константе скорости потери субъединиц, деленной на константу скорости добавления субъединиц, т.е.
С, = Апп лч,. Лат фаза роста филаментов исчезает, если в начале реакции полимеризации к раствору добавить готовые зародыши, например, химически перекресгно сшитые фрагменты филаментов (рис. 16.10, б). Клетка эффективно использует условие нуклеации: специальные ферменты катализируют нуклеацию филаментов в спец ифических сайтах, что позволяет задавать места сборки новых цитоскелетных структур. В самом деле, регуляция нуклеации филаментов является основным способом контроля их формы и движения. 16.1,6.
Для образования полярных филаялентов тубулиновые и актиновые субъединицы собиракттся по принципу кголова к хвостул Микротрубочки строятся из белковых субъединиц тубулина. Субъединица тубулина — это гете)юдимер, образованный двумя нековалентно связанными близкородственными глобулярными белками а и )3 тубгулином (рис. 16.11). Тубулины сутцествуют только в форме гетеродимера.
а и ~3 мономеры несут по одному сайту связывания молекулы СТР. Связанный с мономером а тубулина СТР физически заперт на поверхности взаимодействия мономеров и никогда не гидролизуется или обменивается; таким образом, его можно рассматривать как неотъемлемую часть структуры гетеродимера тубулина. Нуклеотид на ~3 тубулине, наоборот, может существовать в форме СТР или С()Р и при необходимости обменивается.
Как мы увидим, гидролиз ОТР в этом сайте с образованием СРР играет важную роль в динамике микротрубочек. (оо к и х Ф а о с 9 Ф х н 3 о И я а) н $ е о н а о я Ф о Рис. 16.10. Временная зависимость полимеризации актина в пробирие, Пол имеризацию инициируют(о) увеличением концентрации соли в растворе антиповых субъеди ниц и таким же образом (б), но в растворе содержатся готовые фрагменты филаментов, служащие зародышами для роста новых филаментов.
Как показано, 96 свободных субъединиц отражает критическую концентрацию (С,), при которой суммарно не происходит изменения длины полимеров. ; идимиз ня~пемидои ~г~ капы и вг~ копь~ охарактеризовать его персистентнои длинои -- свойством филамента, характеризукзшим то, какой должна быть его длина, для того чтобы он изогнулся за счет случайных тепловых флуктуаций. Персистентная длина микротрубочек составляет несколько миллиметров, что делает их самыми жесткими и прямыми структурными элементами большинства животных клеток. Субъединицы протофиламента микротрубочки направлены в одну сторону, а сами протофиламенты уложены параллельно (например, на рнс. 16.11 в гетеро димерах а тубулин направлен вниз, а )3 тубулин -- вверх). Таким образом, микро трубочка сама по себе обладает структурной полярностью за счет топь что на одном конце оказываются а тубулины, а на противоположном — )3 тубулины.
Актиновая субъединица -- зто единственная глобулярная полипептидная цепь и, следовательно, мономер, а не димер. Как и тубулин, актитювые субъединицы несут сайт связывания нуклеотида, но в данном случае АТР (или А))Р), а не СТР (или Ст))Р) (рис. 16.12). Актиновые мономеры, так же как тубулнновые, собираются по принципу «голова к хвосту» с образованием филаментов с явной структурной полярностью. Актиновый филамент можно рассматривать как два параллельных протофиламента, закручивавшихся вокруг друг друга в правую спираль. Акти новыс филаменты легко изгибаются по сравнению с полыми цилиндрическими микротрубочками; их персистентная длина составляет всего несколько десятков микрометров.
Но в живой клетке они перекрестно связывакпся дополнительными белками (см. ниже) и образовывают пучки. Такие крупномасштабные актиновые структуры прочнее, чем отдельные актнновые филаменты. молекула ктинв ИНз ОООН. + А АТР (АОР в филамвнтв) бо нм б) е) е) Рис. 16.12. Структуре антипового мономерв и вктинового филвментв. о) В центре молекулы акти нового мономера расположен связанный нуклеотид )АТР или АОР). б) Организация мономеров в филвменте. Несмотря на то что филвмент часто описывают квк единственную спираль мои омеров, его также можно рассматривать ха к две удерживаемых латеральны ми контактами протофиламентз. Протофилз менты закручиваются вокруг друг друга как две параллельные цепи спирали с периодом 37 нм.
Все субьединицы в филаменте имеют одинаковую ориентацию. е) Электронные микрофотографии негативно окрашенных антиповых филвментов. )в, с любезного рвзршения аобег Сгв)В.) 16.1. Самосборка и динамическая структура филаментоа цитоскелета 1501 механической работы, а именно для перемещения «грузов». Например, удлиняющиеся микротрубочки могут спосоГ>ствовать выталкиванию мембран, а укорачивающиеся микротрубочки — растаскиванию митотических хромосом в анафазе.
Точно так же удлиняющиеся актиновые филаменты способствуют выпячиванию ведущего конца подвижных клеток (см, ниже). 16.1.8. Тредмиллинг и динамическая нестабильность филаментов— последствия гидролиза нуклеотидов тубулином и актином До настоящего времени наше рассмотрение динамики филаментов не учитывало один важный факт, касающийся как актиновых филаментов, так и микротрубочек.
Помимо сш>собности образовывать нековалентные полимеры, субъединицы актина и тубулина также обладают ферментативной активностью и каталцзируют гидролиз нуклеозидтрифосс1>атов — АТР и ОТР соответственно. В случае свободных субьед>иниц гцдролиз протекает очень медленно; однако он ускоряется, когда субьединицы встраиваются в филамент. Вскоре после того, как актиновый или тубулцновый мономер присоединился к полимеру, происходит гидролиз нуклеотида; из суГ>ъединицы высвобождается фосфатная группа, но нуклеозиддифосфат остается связанным с филаментной структурой.
(В тубулине сайт связывания нуклеотида лежит на поверхности между соседними субъединицами — см. рис. 1Б.11, тогда как в актине нуклеотид расположен глубоко в «кармане» вблизи центра субъединицы — см. рис. 1б.12. ) Таким образом, может существовать два типа филаментов: филаменты со связанной «Т-формой» нуклеотида (АТР в случае актина и ОТР в случае тубулина) и филаменты со связанной «Р-формой» (АРР для актина и ОРР для тубулина). Когда нуклеотид гидролизуется, большая часть свободной энергии, высвобождаемой в результат>е расщепления высокоэнергетической фосфат-фосфатной связи, запасается в решетке полимера. Блап>даря этому изменение свободной энергии диссоциации субъединицы от полимера Р-формы становится Гилее отрицательным, чем изменение свободной энергии диссоциации субъединицы от Т-формы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
