Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 319
Текст из файла (страница 319)
с С()44, рецептором компонента внеклеточного матрикса | иалуроновой кислоты. Опосредуемые белками ЕКМ связи между актином и плазматической мембра ной регулируются внутриклеточными и внеклеточными сигналами. Белки ЕКМ могут существовать в двух конформапиях: активной расправленной конформации, олигомеризуюшейся и связывающей актин и трансмембранный белок, и неактивной свернутой конформации, в которой М и С-концы удерживаются вместе за счет внутримолекулярных взаимодействий. Переключение в активную конформацию может быть инипиировано фосс)к>рилированием белка или связыванием с Р1РЕ. Оба этих события могут произойти, например, в ответ на внеклеточные сигналы (белки ЕКМ являкпся мишенями нескольких протеинкиназ).
Таким об>разом, свой. ства клеточного кортекса становятся зависимыми от разнообразных приходящих в клетку сигналов (рис. 16.53). трансмвмбранный белок, например Сб44 пневматическая мембрана ывающий й домен : з";>4стздй)йч Рис. 16.$3. Роль белков семейства ЕВМ в связывании антиновык филаментов с плазматической мембраной. Регулируемое разворачивание белка семейства ЕЯМ, запускаемое фосфорилированием или связыванием Р! Р>, приводит к высвобождению двух сайтов связывания, один из которых взаимодействует с антиповым филаментом, а второй — с трансмембранным белком.
Таким образом„активация белков семейства ЕКМ способна привести к образованию и стабилизации поверхностных вырос>ее клетки в ответ на внеклеточные сигналы. Потеря одного из представителей семейства ЕКМ, носящего название мерлина, приводит к генетическому заболеванию человека нейрофибромагпозу, при котором в слуховых нервах и некоторых других частях нервной системы образуются доброкачественные опухоли. Это указывает на существование системы обратных связей, объеди>гяюшей структурные элементы клетки и регуляцию клеточного роста (см. главу 17). 1550 Часть |Ч. Внутренняя организация клетки Заключение Разнообразные формы и функции цшпоскелетных филиментных структур эукариотических клеток зависят от многочисленных дополнительных белков.
Все три основньп класса филаментов (микротрубочки, промежуточные филименты и иктиноеые филаменты) облидают своим нибором такого рода дополнительных белков. Регуляция процессов инициации нуклеации новых филаментое определяет локализацию цитоскелетных структур. В большинстве животных клеток микротрубочки зарождиютпся в центросомах — сложной структуре, расположенной вблизи центра клетки. С другой стороны, большинство актиновых филаментов нуклеируются вблизи плазматической мембраны.
Кинетики сборки и ризборки филаментов может бьапь замедлена или ускорена дополнительными белками, связывающими свободные субьединицы или сами филаменты. Некоторые из этих белков изменяют динамику за счет связывания с концами филаментов или за счет рисщепления филаментов на фрагменты. Другой класс дополнительных белков служит для сборки фил аментое в более крупные упорядоченные структуры, поперечно сшивая их друг с другом в определенной геометрии. Еще один класс дополнительньп белков определяет форму и адгезионные свойства клеток за счет связывания филаментов с плазматической мембраной. 16.3. Молекулярные моторы Одними из наиболее интересных белков, ассоциирующихся с цитоскелетом, являются молекулярные моторы, носящие название двигательных, или моторных, белков. Эти удивительные белки связываются с полярными цитоскелетными филаментами и исп<иьзуют энергию циклического гидролиза АТР для движения по ним.
В эукариотических клетках сосуществуют десятки моторных белков. Они различаются по типам филаментов, с которыми связываются (с актином или микротрубочками), по направлению движения вдоль филамента и по переносимому «грузу». Многие двигательные белки переносят мембранные органеллы, например митохондрии, стопки Гольджи или секреторные везикулы, в соответствующие места клетки. Другие моторные белки заставляют цитоскелетные филаменты натягиваться или скользить относительно друг друга, создавая силу, лежащую в основе таких явлений, как мышечное сокращение, биение ресничек и клеточное деление.
Цитоскелетные моторные белки, однонаправленно передвигающиеся вдоль ориентированных полимерных «путей», напоминают некоторые другие рассмотренные в данной книге белки и белковые комплексы, например ДНК- и РНК-полимеразы, хеликазы и рибосомы. Все эти белки обладают способностью использовать химическую энергию для движения вдоль линейной молекулы. При этом направление скольжения зависит от структурной полярности этой молекулы.
Все эти белки движутся за счет сопряжения гидролиза нуклеозидтрифосфатов с крупномасштабными конформационными перестройками самих белков (см. главу 3, рис. 3.77). Двигательные белки цитоскелета связываются с филаментами своим «головным» участком, или моторным доменом, гидролизующим АТР. За счет циклического гидролиза нуклеотидов, приводящего к конформационным изменениям, белки переключаются между состоянием, в котором они надежно связаны с филаментом, и несвязанным состоянием. За один механохимический цикл связывания филамен- 16.3. Молекулярные моторы 1551 та, конформационной перестройки, высвобождения филамента, конформационной релаксации и повторного связывания филамента моторный белок и связанный с ним «груз» делают один шаг вдоль филамента (обычно на расстояние в несколько нанометров). Моторный домен (головка) идентифицирует филамент и определяет направление движения вдоль него, тогда как «хвост» моторного белка узнает «груз» (т.е.
определяет биологическую функцию отдельного моторного белка). Мы начнем данный раздел с описания трех групп цитоскелетных моторных белков: миозинов, кинезинов и динеинов. Затем мы рассмотрим, как они транспортируют мембранные органеллы и мРНК или изменяют форму состоящих из цитоскелетных филаментов структур. В последнем разделе этой главы мы опишем, как моторные белки и описанные ранее динамические цитоскелетные филаменты определяют сложное поведение клеток. 16.3.1.
Моторные белки актнна образуют суперсемейство миозинов Первым идентифицированным моторным белком был миозин скелетных мыпщ, создающий механическую силу скелетных сокращений. Этот миозин, носящий название миозина 11 (см. ниже), представляет собой удлиненный белок, состоящий из двух тяжелых цепей и двух копий двух легких цепей. Тяжелая цепь миозина несет на Ь(-конце глобулярный домен (головку), содержащий создающий силу аппарат, за которым следует очень длинная аминокислотная последовательность, образующая опосредующую димеризацию тяжелых цепей суперспираль, состоящую из двух скрученных спиралей (рис. 16.54).
Две легкие цепи связываются вблизи Ь)-концевого домена, а длинная суперспиральная стержневая часть («хвост») образует пучок с хвостами других молекул миозина. Такие взаимодействия «хвост к хвосту» приводят к образованию биполярных «толстых филаментов», несущих несколько сотен миозиновых головок, ориентированных в противоположные стороны на концах толстого филамента (рис.
16.55). Головка миозина связывает и гидролизует АТР, используя высвобождаемую энергию для движения к плюс. концу актинового филамента. Благодаря противоположной ориентации головок в толстом филаменте он эффективно заставляет пары противоположно направленных актиновых филаментов скользить относительно друг друга. В скелетных мышцах, в которых актиновые филаменты упакованы в «тонкие филаменты», окружающие миозиновые толстые фнламенты, АТР-зависимое скольжение актиновых филаментов приводит к мышечному сокращению (см.
ниже). Сердечная и скелетные мышцы содержат сходным образом упакованные, но кодируемые другими генами молекулы миозина П, Когда мышечный миозин расщепляется химотрипсином и папаином, головной домен высвобождается в интактной форме (этот фрагмент называется 51). Фрагмент 51 сам по себе способен приводить к скольжению филаментов тл о!!го. Это доказывает, что моторная активность заключена только к головке (рис.
16.56). Исходно считали, что миозин содержится только в мышцах, но в 70-х гг. ХХ века исследователи обнаружили, что сходный, несущий две головки белок также присутствует в немышечных клетках, включая клетки простейших. Примерно в то же время другие исследователи идентифицировали миозин в пресноводной амебе АсалгйатоеЬа саз!е!!ал!!.
Головной домен этого миозина очень похож на головной домен мышечного миозина, но стержневая часть значительно отличалась. Эта молекула была мономером и поэтому названа миозинои 1 (с одной головкой); обычный миозин переименовали в миозин 11 (с двумя головками). 16З. Мояекуяярныв ангтрРы 1553 500 нм головки миозина головки миоэина е) хвост миозина Рис. 16.55. Состоящие из миоэина П биполярные толстые филаменты мышц, а) Электронная микрофотография изолированного из мышц лжушки состоящего из миозина П толпого филамента.
Обратите внимание на свободный от головок центральный участок. 6) Схема, не в масштабе. Молекулы миозина П а третируют стержневыми участками, и их головки расположены на поверхности фила мента. Обнаженный учапок в центре филамента состоит исключительно из стержневых участков миозина П. е) Небольшой фрагмент состоящего из миозина П филамента, реконструированный по данным электронной микроскопии. Отдельные молекулы миозина окрашены зеленым. Цитоплаэматические состоящие из миозина П филаменты немышечных клеток значительно меньше по размеру, но организованы сходным образом (см.
рис. 16.72). (а, с любезного разрешения Моггау 5сешагт; б, согласно й. А. Сгоипьег, й. Рангов апд й. Сгагв, 1 Мог. Вю!. 184: 429-439, 1985. С любезного разрешения издательства Асаггегпгс Ргем.) Некоторые миозины (например, тг111 и Х1) найдсны только в растениях, а друпге (1Х) — только у позвоночных. Однако большинство встрсчас"гся у всех эукариот, что указывает на их раннее появление в течение эволюции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
