Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 309
Текст из файла (страница 309)
Следовательно, отношение й„л~'й»» для Р-формы полимера, численно равное критической ко>щентрации 1С,(лР)], больше, чем соответствующее отношение для Т-формы. Таким образом, С,(Р) больше, чем С«(Т). В результате для определенных концентраций сво(юдных субъединиц полимеры Р-с)х>рмы будут укорачиваться, а полимеры Т-формы — расти. В живых клетках большинство свободных субъединиц находится в Т-форме, поскольку концентрация своГюдных АТР и ОТР примерно в десять раз выше, чем концентрация АРР и ОРР. Чем дольше субьединица находится в полимерной решетке, тем больше вероятность того, что она гидролизовала связанный нуклеотид.
Находится ли субъединица на конце филамента в Р- или в Т-форме, зависит от соотношения скорости гидролиза и скорости присоединения субъединиц. Если скорость удлинения филамента Гюльшая, т. е, мономеры быстро к нему присоединяются, то с большой вероятностью новая субьединица встроится в полимер до того, как нуклеотид предыдущей добавленной субъединицы гидролизован, т.е.
конец полимера остается в Т-форме. В результате образуется АТР-кэп или БТР-кэп. Однако, если скорость присоединения субъединнц мала, гидролиз может пройти до того, как добавится следующая субъединица, и конец филамента будет в Р-форме. Скорость присоединения субъединиц к концу филамента представляет соГюй произведение концентрации свободных субъединиц и константы скорости к,„.
Из-за )ЗОВ'-,.З)ВРТВ!МВН~ГУ)ЗВНИДД О)ЭТВИИсб)(ИЯ КДВТКЗУ: растворимые субъелиничы нахолятся в Т-форне ( Вв ) полимеры — это смесь Тфориы ( ф ) и Оформи (()В ) ! ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ И ГИДРОЛИЗ НУКЛЕОЗИДОВ присоединение к минус-концу медленное — присоединение к плюс-концу быстрое— гидропиэ «догоняетз гидропиз не успевает а): ': ', ' " ' О,(Т).к.:~-'(Ос). рост 1 ф сь о б 0 укорочение концентрация субьединиц п(ждспы трелмилпинга При:О„(Т):ч О'«О(О).: происходит тредмилпинг Рис.
16.1Я. Тредмиллинг антипового филамента илн микротрубочки, возможный благодаря гидролиэу нуклеоэидтрифосфатов после присоединения субъединиц. а) Обьяснение различия критических концентраций (С,) для плюс- и минус-концов. Субъединицы со связанным нуклеозидтрифосфатом (субъединицы в Т-форме) полимеризуются с обоих концов растущего филамента и затем претерпевают гидрол из нуклеотида в решетке фила мента. В данном примере по мере роста ф ила мента на плюс-конце удлинение происходит быстрее, чем гидролиз, и, следовательно, терминальные субъединицы на этом конце всегда находятся в Т-форме. Однако на минус-конце гидролиз быстрее.
чем удлинение, и здесь терминальные субъединицы всегда в 0-форме. б) Тредмиллинг происходит при промежуточной концентрации свободных субъединиц. Критическая концентрация полимериэации на конце филамента в Т-форме ниже, чем критическая концентрация для конца в О-форме, Если реальная концентрация субъединиц находится в промежутке между этими двумя значениями, плюс-конец растет, а минус-конец укорачивается. В результате происходит тредмиллинг. 16Л, Самосборка и динамическая структура филаментов цитоскелета 15ОЗ структурных различий между концами (см, приложение 16.2) )г„„для плюс конца много выше, чем для минус конца.
При промежуточной концентрации свободных субъединиц скорость присоединения мономеров для плюс конца может превышать гидролиз нуклеотидов, но для минус конца быть меньше. В таком случае плюс. конец филамента остается в Т конформации. а минус конец принимает Р конформацию. Как было упомянуто ранее, критическая концентрация для Р формы выше, чем для Т формы. (Друпттяи словами, Р форма быстрее разбирается, тогда как Т форма быстрее собираг. гся. ) Если концентрация свободных субъединиц в растворе находит ся в промежуточных границах — выше, чем критическая концентрация для Т формы (т.е. плюс конца), но ниже, чем критическая конг(ентрация для Р формы (т.е.
минус. конца), — филамент растет с плкк-конг(а и одновременно укорачивается с минус конца. Это свойство филаментов называется тредмиллингом (от англ. (геаг(пгтНтд — однообразный, механический труд), или круговоротом чоггочеров (рис. 16.14 и приложение 16.2). В процессе тредмиллинга субъедпницы рекрутируются к находящемуся в Т форме гпкх концу полимера и уходят с находящегося в Р форме минус кон ца. Протекающий одновременно гидролиз АТР и СТР создает разность свободных энергий реакций связывания диссоциации на плюс- и минус конг(ах актинового филамента или микротруГючки, что делает тредмиллинг возможным. При определенной промежуточной концентрации субъединиц рост филаментов на плюс копне уравновешивается укорачиванием на минус-конце.
В результате субъединнцы быстро циркулируют между свободным и связанным в филамент состояниями, а общая длина филамента не изменяется. Такой <стационарный тредмиллинг» требует постоянного поглощения энергии в форме гидролиза нуклеозидтрнфосфа тов. Активность тредмиллинга внутри клеток точно неизвестна, но тредмиллинг отдельных филаментов наблюдался гп птуго в случае актина, и похожее явление можно наблкгдать в живых клетках в случае отдельных микро- трубочек (рис.
16.16). время 0 а Кинетические р шличия между Т. и Р формами -- причина еще одного важного свойства филаментов. Если скорость присо единения субъединиц на одном конце по порядку величины равна скорости гидролиза, существует конечная вероятность того, что этот конец сначала будет находиться в Т форме, но затем птдролиз «догонит» полимеризацию и переведет конец в Р форму.
Трансформация внезапна и случайна и характеризуется определенной вероятностью в единицу времени. Рнс. 15.15. Трвдмнллннг мнкротрубочвн в живой нлвткв. В клетку авеля коввлвнтно меченный флуоресцентным красителем родвмнном тубулнн таким образом, чтобы примерно 1 субъвднннцв нз 20 светилась Затем флуорвс цен цню отдельных мнкротрубочек наблюдали прн помощи чувствительной электронной камеры. Квжется, что изображенная нв фотогрзфнвх мнкротрубочкв движется слева направо, но нв самом деле ее решетка остается неподвижной (нз что указывает маркер в решетке, отмеченный красной стрелкой), тогда квк плюс-конец (справа) удлиняется, з минус-конец (слева) укорачивается. Плюс-концу также свойственна динамическая нестабильность.
(Из С. М. уузтвггпап-5тогег впг( Е. О. 5а(гпоп, 1 Свя Вю). 139: 417-434, 1997. С любезного разрешения издательства Тпе аос(ш(ейвг Уп(увгз(йу Ргви.] время эв о 10 мкм Ф ~ быстррый рост конца с 6ТР-капом Ф случайная потеря 6ТР-кэпа КАТАСТРОй)А ~ быстрое укорочения Ф ~ восстановление 6ТР-кэпа 'СЯАБЕНИЕ мвф ~ быстрый рост конца с 6ТР-капом Ф и т. д. а) 6ТР-кэп менее устойчивый участок микротрубочки, содержащий димеры 60Р-тубулина димер 6ТР-тубулина а )3 обмениваемый 6ТР~ прямой протофиламент ~ ГИДРОЛИЗ 6ТР ИЗМЕНЯЕТ КОНФОРМАЦИЮ е) СУБЪЕДИНИЦ И ОСЛАБЛЯЕТ СВЯЗИ В ПОЛИМЕРЕ изотнутыи протофиламент АЦИЯ ОБМЕН 60Р НА 6ТР 150б Чав Д к ВНутрйННЯЯОртйНИЗйцмя Кдйтим ' 16.1.
Самосборка и динамическая структура филвментов цитоскелетв 1505 Предположим, что концентрация свободных субьединиц имеет промежуточное значение между критическими концентрациями для Т- и Р-формы (т. е, находится в тех же границах, в которых происходит тредмиллинг). В результате конец, находящийся в Т-форме, будет расти, а конец в П-форме — укорачиваться. В случае одного филамента конец может некоторое время удлинятся в Т-форме, но затем внезапно перейти в Р-форму и начать быстро укорачиваться, даже если концентрация свободных субъединиц остается постоянной. Через некоторое время этот конец может вернуться в Т-форму и опять начать расти. Такой быстрый переход между удлинением и укорочением при постоянной концентрации субъединиц называется динамической нестабильностью (рис. 16.16, а). Переключение с роста на укорочение называется катастрофой, а обратный процесс — спасением.
В популяции мпкротрубочек в любой момент времени часть концов находится в Т.форме, а часть — в 1)-форме. Их соотношение зависит от скорости гидролиза и концентрации свободных субъединиц. Структурные различия между концом в Т.форме и концом в 1)-форьге очень велики. Тубулиновые субъединицы со связанным с ))-мономероьг СТР образуют прямые протофиламенты, формирующие прочные и регулярные латеральные контакты друг с другом. Но гидролиз СТР до СРР связан с изменением конформации белка, что приводит к изогнутым протофпламентам (рис. 16.16, б). По-видимому, на быстрорастущей микротрубочке СТР-кэп ограничивает изгиб, и концы оказываются прямыми. Но когда терминальные субъединицы гидролизуют свои нуклеотиды, ограничение снимается, и изогнутые протофиламенты расходятся. Такое кооперативное высвобождение энергии гидро- лиза, запасенной в решетке микротрубочки, приводит к быстрому расслаиванию изогнутых протофнламентов, и на концах деполимеризующихся микротрубочек можно наблюдать кольцевые и закрученные олнгомеры С()Р-содержащего тубулнна (рис.
16.16, в). Актиновые филаменты также претерпевают флуктуации длины, но в меньшем масштабе: в стапнонарном состоянии в течение нескольких минут длина изменяется Рис. 1б.16. Динамическая нестабильность, являющаяся результатом струнтурных различий менгду растущим и уиорвчиввющимся нонцвми мииротрубочни.
а) Если концентрация свободного тубулинэ в растворе находится между критическими значениями, укаэанными нэ рис. 1б.14, б, конец михротрубочки может претерпевать переходы между состояниями роста и укорочения. Нэ этом конце растущая ми хротрубочхе несет 6ТР содержащие субьеднницы, образующие 6ТРхзп. Если гидролиз 6ТР протекает быстрее, чем присоединение субъединиц, хзп теряется и михротрубочхэ начинает ухорэчивэться. Это явление называется «хэтэстрофой».
Но х этому концу все равно могут добавляться 6ТРсодержэщие субъединицы, и если их присоединится достаточно для образования нового кэпа, то рост михротрубочхи возобновляется. Это явление называется »спасением». б) Модель структурных изменений, вызванных гндролизом 6ТР в решетке михротрубочхи. Добавление 6ТР-содержащих тубулиновых субъединиц х концу протофилэментэ приводит х его росту в линейной конформации, хоторэя может быть быстро встроена в цил индричесхую стен ну михротрубоч хи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
