Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 320
Текст из файла (страница 320)
Дрожжи 5ассйаготуссз ссгеияае содержат пять миазинов: два миозина 1, один мнозин Н и два миозина тг. Заманчиво предположить, что эти три типа миозинов являются необходимыми для выживания эукариотической клетки, а все остальные миозины выполняют более специфические функции, особенно в многоклеточных организмах. Нематода С. е1сдапз, например, несет по крайней мере 15 генов миозина, входящих в состав не менее семи структурных классов; человеческий геном содержит 40 генов миозина.
Девять челове ческпх миозннов экспрессируются преимущественно или исключительно в волосковых клетках внутреннего уха, и мутации пяти ил них вызывакгт наследственную глухоту. Эти крайне специализированные миозины важны для роста и функционирования сложных и изящных пучков обогащенных актином стсреоцилий, располагающихся 16З.)у)опекудярныв азспткры 1555 моторный домен полная структура тип миозина 1 !())йкмгкв Ч! чй чщ !х х! Х1Ч 1 000 аминокислот Рис. 16.5У. Представители суперсемейства миозинов.
Сравнение доменной структуры тяжелых цепей некоторых типов миозинов. Все миозины несут схсщные моторные домены (показаны темно-зеленым), но их С-концевые домены (свепьго-зеленые] и М-концевые дополнения (голубые) значительно отличаются. Справа показаны схематические изображения представителей семейства. Многие миозины образуют димеры с двумя моторными доменами на молекулу, но некоторые (например, 1, 1Х и Х1Ч) функционируют в форме мономеров только с одним моторным доменом. Миозин Ч1, несмотря на свое структурное сходство с другими представителями семейства, уникален тем, что движется в направлении минус-конца (э не плюс-конца] актинового филамента. По-видимому, за изменение направления ответственна небольшая вставка в его моторном домене, отсутствующая у других миозинов. микротрубочек.
Кинезин структурно похож на миозин П: один активный мотор также состоит из двух тяжелых и двух легких цепей, образующих два глобуляр ных моторных домена и длинную двуспиральную стержневую часть, отвечающую за димеризацикт цепей. Как и миозин, кинезин принадлежит крупному суперсемейству белков, общим злементом которого является моторный домен (рис. 16. 58). Дрожжи Басс)гаготусез сегегчзтае кодируют шесть различных кинезинов, нематода С. е1едапз — 16, человек — около 45. В суперсемействе кинезинов можно выделить по крайней мере четырнадцать семейств.
Большинство из них несут моторный домен на Ы конце тяжелой цепи и движутся в сторону плк1с конца микротрубочки. Особенно интересное семейство несет моторный домен на С-конце и передвигается в противоположном направлении — в сторону минус. конца микротрубочки.
У некоторых тяжелых цепей кинезина отсутствует двуспиральная последовательность, и они, по видимому, функциони рук!т как мономеры, аналогично миозину 1. Некоторые другие представляют со бой гомодимеры, но также существуют и гетеродимеры. Представители семейства кинезина 5 способны связываться с себе подобными с образованием биполярного мотора, сдвигающего противоположно ориентированные микротрубочки относи тельно друг друга. Это напоминает то, как миозин П воздействует на актиновые филаменты. Болыпинство кинезинов на хвостовом участке несет сайт связывания для мембранных органелл или других микротрубочек.
Многие представители ЬМ;: ЧйСГр')КВНутрйнтззтд оруда(5)йй)()ая МаткИ ' моторный домен И(55(555 с кинвэин-1 кинвзин-3 м ййй) кинвэин-13 М в( 555)))йм С кинеэин-14 500 аминокислот 10 нм рис. 16.58. Кинеэин и родственные белки. а) Структуры пяти представителей суперсемейства кинезинав. Как и в случае суперсемейства миозинов, консервативны только моторные домены. Кинезин-1 несет моторный домен на И(-конце тяжелой цепи Средний домен образует длинную двойную спираль, апосредующую димеризацию.
С-концевой домен образует хвост, присоединяющий груз, например мембранную органеллу. Кинезин-Э вЂ” пример необычного класса кинезинов, которые функционируют в мономерной форме и переносят мембранные органеллы вдоль микротрубочек. Кинезин-5 образует тетрамеры, в которых два димера связываются хвостами. Биполярный тетрамер кинезина-5 способен сдвигать две микротрубочки относительно друг друга аналогично тому, как действуют биполярные толстые филаменты миозина й. У кинеэина-13 моторный домен расположен в центре тяжелой цепи.
Он является представителем семейства кинеэинов, потерявших моторную активность и вместо этого связывающих концы микротрубочек для увеличения их динамической нестабильности; поэтому их называют катастрофинами (см. раэд. 16 259). Кинеэин-14 — это С-концевые кинезины, включающие в себя белок З)сг) Огозорлйа и дрожжевой белок КагЗ.
Эти кинезины обычно движутся в противоположном направлении, чем большинство кинезинов, т. е. в сторону минус-конца микротрубочек. 6) Полученная методом замораживания электронная микрофотография молекулы кинезина. Головные домены расположены справа. (б, с любезного разрешения)ойп Нецэег.) Ы5)) Часззь Ф. Внутренняя оргайкзацня клетки 16.3.3. Структурное сходство между миозином и кинезином укезмееет не их обц)ее веопкзционное ггроисхождение Моторный домен миозинов больше, чем моторный домен кинезинов: около 850 аминокислот п)ютив примерно 350.
Два класса моторных белков передвигают. ся вдоль разных филамснтов и обладакп различными кинетическими свойствами, и между их аминокислотными последовательностями не обнаружено сходства. Однако расшифровка трехмерной структуры моторных доменов миозина и кинезина показала, что они строятся вокруг практически идентичных сердг1евинных структур (рис. )6.60). Центральный, сгюдакппий механическую силу элемент. общий для обоих типов моторных белков, включает в себя сайт связывания АТР и аппарат, необходимый для преобразования энергии гидролиза АТР в аллостери ческую конформационную перестройку. Крупные петли, отходящие от сердцевины, определяют различия в размере доменов и отвечают за выбор филамента. В состав этих пг гель входят сайты связывания актина и мнкротрубочек миозина и кинезина соответственно.
Считают, что кинезины и миозины произошли от общего моторного белка предшествешшка, и их специализированные функции -- результат удвоения и модификации при эволюции отходягдих от сердцевины петель. Важным указанием на то, как сердцевина моторных белков участвует в созда нии механической силы, является тот факт, что она также обладает структурным сходством с сайтами связывания нуклеотидов малых ОТРьхг суперсемейства Каз. Как обсуждалось в главе 3 (см.
рис. 3.72), эти белки обладают различными кон. домен-конвертер сайт связывания ктина АТР Рис. 16.60. Ренпеновские кристаллические структуры головок миозина и нинезина. Центральные нуклеотид-связывающие домены миозина и кинезина (желглые) структурно очень похожи. различные размеры и функции моторных белков объясняются значительными разл ичи я ми в их сейтах связывания полимера и передающей силу части моторного домена. (Адаптировано нз С А. Апюз апб Я.
А. Сгозз, Снп. Оргп. 5тгист. В/ос 7: 239-246, 1997. С любезного разрешения издательства Е!зенег.) 16.3. Молекулярные моторы 1559 формациями в СТР-связанной (активной) и СРР-связанной (неактивной) формах: подвижные петли в сайте связывания нуклеотида в СТР-связанном состоянии расположены вблизи т-фосфата (терминального фосфата), но при высвобождении гидролизованного т-фосфата они отодвигаются. Несмотря на то что некоторые аспекты движения у этих двух моторных белков отличаются, и гидролизуется АТР, а не СТР, относительно небольшое структурное изменение активного сайта— присутствие или отсутствие терминального фосфата — точно так же усиливается и вызывает вращение другой части белка. В кинезине и мнозине подвижные петли взаимодействуют с областями белков, участвующими в связывании микротрубочек и актина соответственно, что позволяет вызванным циклом гидролиза АТР структурным переходам передаваться на поверхность связывания полимера.
Передача структурных перестроек между сайтом связывания полимера и сайтом гидролиза нуклеотида, по-видимому, работает в обоих направлениях, поскольку АТРазная активность моторных белков активируется связыванием с филаментом. 16.3.4. ййоторные белки создают механическую силу за счет сопряжения гидролиза АТР с конформационными перестройками Несмотря на то что и цитоскелетные моторные белки, и 6ТР-связывающие белки используют структурные изменения сайтов связывания нуклеозидтрифосфатов для циклических взаимодействий со своими белками-партнерами, у моторных белков есть дополнительное требование: каждый цикл связывания и высвобождения должен приводить к их однонаправленному движению вдоль филамента к следующему сайту связывания филамента.
Для такого движения моторный белок должен исполь:ювать энергию связывания и гидролиза АТР для крупномасштабного перемещения части белковой молекулы. В случае миозина каждый «шаг» вдоль актина производится за счет поворота а-спирали длиной 8,5 нм, или «рычага», структурно стабилизированного связыванием легких цепей. В основании рычага рядом с головкой располагается работающая по принципу поршня спираль, сопрягающая АТР-связывающий карман головки с небольшими вращениями так называемого домена-конвертера (см.
рис. 16.60). Небольшие изменения в этом участке способны повернуть спираль, как длинный рычаг, переместив дальний конец спирали примерно на 5,0 нм. Изменения конформации миозина сопряжены с изменением его сродства к актину, что позволяет миозиновой головке высвобождать и снова связывать актиновый филамент. Полный механохимический цикл связывания нуклеотида, гидролиза нуклеотида и высвобождения фосфата (вызывающего «рабочий ход») заставляет миозин сделать один шаг (рис. 16.61).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
