Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 321
Текст из файла (страница 321)
В кинезине небольшие движения петель сайта связывания нуклеотида, а не раскачивающийся рычаг, регулируют связывание моторного домена с длинным линкерным участком, соединяющим головку с двуспиральным доменом димеризации (см. Рис. 16.60). Когда передняя (ведущая) головка кинезина связана с микро- трубочкой до рабочего хода, ее линкерный участок относительно неструктурирован, При связывании с моторным доменом АТР линкерный участок связывается с головкой; в результате вторая головка перебрасывается вперед в положение, где она сможет связаться с новым сайтом на протофиламенте, расположенным на 8 нм ближе к плюс-концу микротрубочки, чем сайт связывания первой головки.
Циклы гидролиза АТР на головках строго скоординированы, поэтому стыковка и отстыковка 16З. Молекулярные мотоРы 1561 кинезин Рис. 16.62. ааеканохимический цикл кинезина, Кинезин-1 — зтодимер, состоящий издвухсвязывающих нуклеотиды моторныхдоменов(головок), соединенных длинным двуспиральным хвостом (см. рис.
16.58). Два моторных домена кинезина работают скоординированно; во время «шага» кинезина задняя головка отсоединяется от сайта связывания тубулина, проходит мимо второго моторного домена и снова связывается со следующим доступным сайтом тубулина. В результате димер кинезина способен перемещаться на большие расстоянив, не теряв связи с микротрубочкой. отстающая головка ~ ~9'Юее поверхность Р,+ '1ч, женин. Если большинство представителей суперсемейства кинезинов с моторными до. менами на Х конце движутся в направлении плюс конца микротрубочки, то некоторые Р, члены суперсемейства с моторными домена ми на С конце перемепшются в направлении 66Щ минус конца. Поскольку головки этих двух типов кинезинов структурно практически Ъ, одинаковы, как они могут двигаться в про тивоположных направлениях? По видимому, ответ заключается в том, как соединены го фг" ловки.
Полученные г высоким разрешением изображения связанных с микротрубочками двнжугцихся в прямом и обратном направлении представителей суперсемейства кинезн нов показали, что присоединенные к фила ментам головки у обоих типов практически неразличимы, тогда как вторые, несвязанные -~Яф™ЩЩ головки ориентированы по рыногиу. Это рвз личие в изгибе, по видимому, влияет на сайт связывания второй головки и, таким образом, определяет направление движения мотора (рис. 16.63).
Динеиновый мотор структурно не похож на миозины и кинезины, но следует все тому же общему принципу сопряжения гидролиза нуклеотидов со связыванием микротрубочек и создающей силу конформационной перестройкой. Огромная тяжелая цепь массой более 500 кДа формирует основную создающую движение структуру. Ее )х) концевая часть образует хвост, связывающий набор легких цепей и другие тяжелые цепи молекулы динеина, тогда как основная часть тяжелой цепи образует сложную колы(евую головку. Головка состоит из плоского кольца, образованного семью доменами: шестью доменами ААА и С.
концевым доменом тяжелой цепи; та. ким образом, это более сложный родственник рассмотренной в главе 6 гексамерной АТРазы (сьь рис. 6.91). Похожий на крючок линкерный участок соединяет хвост тяжелой цепи с наиболее активным как АТРаза доменом ААА. Между четвертым и пятым доменами ААА расположен домен тяжелой цепи, образующий длинную антнпараллельную двуспиральную «ножку». Эта ножка выступает с вершины кольца и несет на конце регулируемый гидролизом АТР сайт связывания микротрубочек. 1662.: Частьзтг'.
(зиутр ния оргаиизацня кдетки несвязанная Ф аинвзиь(3; з)вижу«цяйоя н и«и«им««((Я))В с н «фили«ия«иммикззи с головка хвост (моторный домен) хвост головка (моторный домен) в) Рис. 16.63. Ориентация и движение в прямом и обратном направлении связанного с микротрубочнами суперсемейства кинезинов. 3ти изображения созданы путем объединения структур свободных димеров моторных белков (расшифрованных методом рентгеновской кристаллографии) и иэображений низкого разрешения димеров, присоединенных к микротрубочкам (полученным методом криозлектронной микроскопии). а) Кинеэин-1 (традиционный кинезин) несет моторный домен на Ксконце и движется в сторону плюс-конца микротрубочки.
Когда после рабочего хода одна головка димера связана с микро- трубочкой (с АТР в сайте связывания нуклеотида), вторая, несвязанная головка указывает в сюрону плюс- конца и находится в положении для следующего шага. б) кинезин-13 (у пгоэорьйо носящий название Мс«)), движущийся в сторону минус-конца мотор, несущий моторный домен на Оконце, о бра зуетдимеры с противоположной ориентацией. (Иэ Е.
5аы«п ет а(., ЗГагиге 395: 813-816, 1998. С любезного разрешения издательства Масп««))ап Роы««пег« Стг).) «Рабочий ход» диненина запускается высвобождением АРР и неорганического фосфата и приводит к вращению кольца относительно хвоста грг«с.
(6.64). Несмотря на то что кинеэин, миозии и диненн претерпевают аналогичные механохимические циклы, природа сопряжения механических и химических циклов для этих трех белков различна. Например, миоэин без нуклеотида связан с актином в так называемом «ригорном», или сцепленном, состоянии, и он отсоедигозется от филамента при связывании АТР. С другой стороны, кинезин образует похожую на ригорное состояние связь с микротрубочкой, когда он несет АТР, и гидролиз АТР приводит к высвобождению мотора от филамента. Механохимическнй цикл динеина больше похож на цикл миозина, чем кинезина, то есть свогюдный от нуклеогида динеин крепко связан с микротрубочкой и отсоединяется от нее при связывании АТР.
Однако в случае динеина АРР и неорганический фосфат высвобождаются одновременно, вызывая конформационную перестройку и последующий рабочий 1564 Часть 1Ч. Внутренняя организация клетки ход, тогда как в случае миозина сначала высвобождается фосфат и рабочий ход не совершается до тех пор, пока А1)Р не диссоциирует от моторной головки. Таким образом, механизм работы цитоскелетных моторных белков очень похож на механизм работы СТР-связывающих белков, за исключением того, что в моторных белках сопряженные с гидролизом нуклеотида небольшие конформационные перестройки (в несколько десятых нанометра) усиливаются специальными белковыми доменами — рычагом в случае миозина, линкером в случае кинезина и кольцом и ножкой в случае динеина — и становятся крупномасштабными (в несколько нанометров) конформационными изменениями, пошагово продвигающими моторные белки вдоль филаментов.
Аналогия между СТРазами и цитоскелетными моторными белками недавно была расширена: было показано, что один из СТР-связывающих белков — бактериальный фактор элонгации О, преобразует химическую энергию гидролиза СТР в направленное движение молекулы мРНК в рибосоме. В начале каждого шага одна из головок кинезина — задняя, или отстающая, головка (темно зеленая) — крепко связана с микротрубочкой и АТР, тогда как передняя ведущая головка свободно связана с мнкрозрубочкой и несет А()Р.
Последующее перемещение заднего моторного домена происходит за счет обмена А1) Р на АТР на ведущем моторном домене (между этапами 2 и 3 на рисунке). Связывание АТР с этим моторным доменом приводит к переходу небольшого пептида, носящего название «линкер шейки», из указывающего назад состояния в указывающее вперед состояние (на рисунке линкер представляет собой линию, соединяющую головку с двойной спиралью). Этот переход тянет отсоединенный от микротрубочки и связанный с АПР задний моторный домен вперед (для отсоединения от микротрубочки необходим гидролиз АТР и высвобождение фосфата (Р,)).
Молекула кинезина теперь находится в положении для следующего шага, который в точности повторяет изображенный здесь процесс. 16.3.5. Кинетика моторных белков адаптирована к функциям клетки Моторные белки суперсемейств миозина и кинезина обладают удивительно разнообразными свойствами подвижности, выходящими далеко за пределы выбора соответствующего полимера.
Наиболее удивительным свойством такого рода является процессиеность кинезина-1, т.е. его способность претерпевать сотни АТРазных циклов, не прекращая движения вдоль микротрубочки и не диссоциируя. Миозин П скелетных мышц, наоборот, не обладает процессивностью и совершает только один или два шага вдоль актинового филамента, после чего отсоединяется.
Эти различия определяют различные биологические функции моторов. Небольшого числа молекул кинезина-1 должно быть достаточно для транспорта органеллы от тела клетки до аксональной терминали, и, следовательно, кинезин-1 должен обладать высокой процессивностью. С другой стороны, миозин скелетных мышц никогда не функционирует как отдельная молекула — он всегда является частью большого набора белков толстого филамента. Здесь процессивность ингибировала бы биологическую функцию, поскольку для аффективного сокращения мышцы каждая молекула миозина должна совершить рабочий ход и быстро уйти, чтобы не мешать другим головкам того же актинового филамента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
