Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 322
Текст из файла (страница 322)
Высокая процессивность кинезина-1 обьясняется двумя причинами. Во-первых, механохимические циклы двух моторных головок димера кинезина-1 работают скоординированно: первая головка не отсоединится от филамента до тех пор, пока вторая не будет готова к связыванию. Благодаря этому переносимая моторным белком органелла никогда не диффундирует от микротругючки. С другой стороны, 16З, Молекулярные я!отары 1565 , „Мисёии;1!, поворот рычага не 30-40 нм поворот рычага на 5-10 нм ектиноеый плюс-конец фипамент ектиноеый филемент плюс-конец минус-конец минус-канец Рис. 16.66.
Влияние длины рычага на длину шага моторного белка. Рычаг миозина !! значительно короче рычага миозина Ч. Рабочий хад галоеки поворачивает рычаги на один угол, поэтому миозин Ч способен сделать больший шаг, чем миозин !!. в димере миозина П координация между головками отсутствует. Вторая причина высокой процессивносги движения кинезина.1 заключается в том, что бспьшую часть своего АТРазного цикла мотор проводит в связанном с микротрубочкой со. стоянии. Конформационные перестройки, приводящие к генерирующему силу ра бочему ходу кинезина 1 и миозина П, должны происходить, когда моторный белок крепко связан с полимером, а восстановление при подготовке к следующему шагу должно происходить в свободном состоянии.
Но мнозин П проводит в связанном состоянии только 5'. своего АТРазного цикла, и остальное время он отсоединен. То, чего миозину не достает в щюцессивности, он восполняет скоростью; в структуре, где множество моторных головок взаимодействуют с одним актиновым филаментом,набор связанных миозинов за время одного цикла способен переместить свой филамент на расстояние, равное 20 шагам, тогда как кинезины — толь ко на два. Таким образом, миозин П значительно быстрее движет филамент, чем кинезин. 1, несмотря на то что белки гидролизуют АТР с практически одинаковой ско(хтстью и совершают молекулярные шаги сходной длины. Это свойство особенно важно дги быстрого сокращения скелетных мышц. В пределах классов моторных белков скорость движения значительно изменяется; 0,2 — 60 мкм с для миозинов и 0,02 — 2 мкм с для кинезинов.
Причиной этих различий является точная настройка механохимического цикла. Количество шагов, которые может сделать молекула за данный промежуток времени и, следовательно, ее скорость могут быть уменьшены за счет снижения АТРазной активности белка или увеличения времени, которое белок проводит в связанном с филаментом состоянии. 11апример, миозин тг (служащий процессивным мотором везикул) проводит 90' своего нуклеотидного цикла в связанном с актиновым филаментом состоянии, тогда как миозин П вЂ” только 5"..
Более того, моторные белки могут эволюционировать и изменить длину шага, поменяв длину рычага (например, рычаг миозина Ъ' в трн раза длиннее, чем рычаг миозина П) или угол поворота спирали (рпс, 16.65). Все эти параметры у разных представителей семейств миозинов и кинезинов немноп! Различаются, что отражается в неболыпих различиях в аминокислотных последовательностях и структурах белков.
1566 Часть 1У. Внутренняя организация клетки Предположительно, эволюция точно настроила характеристики каждого моторного белка, чьи функции определяются прикрепленным к его хвостовому домену грузом, для достижения наибольшей скорости и процессивности в соответствии со специфическими нуждами клетки в связи с функцией конкретного представителя семейства. Если в типичной эукариотической клетке содержится множество различных миозинов и кинезинов, то цитоплаэматический динсин обычно один.
На данный момент непонятно, как механические свойства цитоплазматического динеина могут быть модифицированы в соответствии с нуждами клетки, и возможно ли это. 16.3.6. Моторные белки опосредуют внутриклеточный транспорт мембранных органелл Основная функция молекулярных моторов во время интерфазы — транспорт и локализация мембранных органелл. Кинезин изначально идентифицирован как белок, ответственный за быстрый аксональный транспорт — быстрое движение митохондрий, предшественников секреторных пузырьков и различных компонентов синапсов по микротрубочкам аксона к нервным окончаниям. Несмотря на то что в большинстве клеток органеллам нет необходимости перемещаться на такие большие расстояния, их полярный транспорт в равной мере важен.
Обычно в интерфазной клетке минус-концы микротрубочек расположены вблизи центра клетки в центросоме, а плюс-концы — на периферии. Таким образом, центростремительное движение органелл или везикул в направлении клеточного центра требует наличия таких направленных к минус-концу моторных белков, как цитоплазматический динеин, а центробежное движение к периферии клетки требует таких направленных к плюс-концу моторов, как кинезины.
Наиболее наглядным примером влияния микротрубочек и связанных с ними моторов на поведение внутриклеточных мембран служит их роль в организации эндоплазматического ретикулума (ЭР) и аппарата Гольджи. Сеть мембран ЭР расположена вблизи микротрубочек и распространяется почти до самых границ клетки, тогда как аппарат Гольджи локализован вблизи центросомы. При обработке клеток веществом, деполяризующим микротрубочки, например колхицином или нокодазолом, ЭР коллапсирует к центру клетки, а аппарат Гольджи фрагментируется и расходится по всей цитоплазме (рис.
16.66). 1п о1(го кинезины способны присоединять мембраны ЭР к существующим микротрубочкам и двигаться в направлении плюс-концов, растягивая мембраны ЭР с образованием полых трубчатых структур. Образованная таким образом сеть очень похожа на ЭР живых клеток. Точно так же в живых клетках движение ЭР к периферии клеток связано с ростом микротрубочек. Динеины, наоборот, отвечают за локализацию аппарата Гольджи вблизи центра клетки, перенося везикулы Гольджи в направлении минус-концов микротрубочек к центросоме. Различные хвосты и связанные с ними легкие цепи специфических моторных белков позволяют моторам присоединять соответствующие органеллы. Мембранные моторные рецепторы, хранящиеся в специализированных мембранных компартментах, напрямую или косвенно взаимодействуют с хвостами соответствующих представителей семейства кинезинов.
Одним из таких белков, по-видимому, является предшественник амилоида, АРР, напрямую связывакпций легкую цепь хвоста кинезина-1. АРР, предположительно, служит трансмембранным моторным рецептором аксонов нервных клеток. Нарушение процессинга этого белка приводит к развитию болезни Альцгеймера за счет образования крупных, устойчивых белковых агрегатов ) 563 . Часты>г'. Вйутренняя организация, клетки Рис. 16.67. Модель прикрепления динеина к мембранной органелле.
Чтобы связаться с мембранной органеллой, динеину необходимо большое количество дополнительных белков. Динактин — зто крупный комплекс [красный), включающий в себя компоненты, слабо связывающиеся с микротрубочками, компоненты, связывающиеся с динеином, и компоненты, образующие небольшие актиноподобные филаменты, состоящие из родственного ангину белка Агр1. Считают, что филамент Ягр1 опосредует прикрепление зтого крупного комплекса к мембранной органелле через сеть спектрина и анкирина, аналогично мембраносвязанному цитоскелету зритроцитов 1см.
Рис. 10Л1). ин ин движутся к концам ветвистых отрост ков меланоцитов, откуда они достав ляются в лежащие выше образуюп>ие кожу (и >персть мышей) кератиноци ты. Миозин >г связан с поверхностью меланосом (рис. 16.68) и в пробирке способен опосредовать их движение по актину. Мутации гена миозина >г у мьппей приводят к «размь>тому» фе ногину, при котором цвет шерсти кажется приглушенным эа счет того, что мелано циты не достаточно эффективно доставляются в кератиноциты. Другие миозины, вклк>чая мнозин 1, опосредуют транспорт эндосом и других органелл.
16.3.7. Цитоскелет локализует специфические молекулы РНК Чтобы сконцентрировать белки там, где опи должны выполнять свои функции, клетки часто ограничивают синтез определенного белка путем локализации молекул его мРНК. Зтот процесс определяет асимметрии> клеток и особенно важен при деле нии родительской клетки на две дочерние с разными путями развития. Другим при мером служат некоторые мРНК участвующих в работе синапсов белков. Эти мРНК расположены вблизи синапсов мног»х нейронов, и опыты показывают, что контроль их локализации и трансляции играет важную роль в регуляции долговременной памяти и синаптической гибкости. Неудивительно, что в таких случаях цитоскелет и цитоскелетные моторные белки транспортируют и локализуют мРНК.
В гигантском ооците ахово)тЫс> Гюлывое число кодируемых матерью мРНК локализовано в специфических участках клетки, где они ожидают быстрых процессов спецификации, протекающих на ранних стадиях эмбриогенеза (см. главу 22). Группа мРНК, кодирук>щих необходимые для правильного развития задней области зародьппа белки, включая клетки зародышевой линии, расположена в задней части ооцита. Аналогично другая группа мРНК, кодируя>щих белки передней части зародыша, расположена в передней части ооцита.
Ооци> использует поляризованную систему микротрубочкового цитоскелега, в которой большая часть минус концов располагается в передней части, а плюс Тб,З. Молекулярные ыеторы 1569 е) 10 мкм Рис. 16.68. Миозин Ч на меленосомех а) Фэзоео-контрастное изображение участка изолированного из мыши мелэноцита. Черные пятна — это меланосомы, замкнутые мембранные оргэ неллы, заполненные кожным пигментом мелэнином. б) Тз же клетка, окрашенная флуоресцентным энтителом против миозина Ч. С каждой меланосомой связано множество копий этого моторного белка.
!Из Х. Чуи ет а)., 1 Сей 5сс 110: 847 — 859, 1997. С любезного разрешения ТЬе Согпрзпу о1 Вго!о8)зтз.) концов — в задней, для организации такого распределения мРНК. 11апример, мр11К, кодирующая В)со)с), фактор транскрипции, необходимый для развития головной части зародыша, несет в 3' нетранслируемой области структуру, связывающую белок отт а! )оъ, который, в свою очередь, связывает легкую цепь цитоплазматического динеи на. По видимому, зто приводит к транспоргу мРНК к минус концу микротрубючки в передней части ктетки. Транспорт мРНК, кодирующей Оз)саг, белок, необходимый для развития клеток зародышевой линии в задней части зародыша, происходит в сто рону плюс концов микротрубочек.
Заякоривание мр!! К в сайтах их локализации после доставки по микротрубочкам, по видимому, гхутцествляется при участии кортикального актиновото цитоскелета, мРНК, кодирующая Оз)саг, например, напрямую связывается с актин связывакгщим белком моззином, входящим в семейство ЕКМ. В некоторых клетках транспорт и заякоривание мРНК зависят от актива.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
