Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 32
Текст из файла (страница 32)
При наличии тропонина С этот комплекс продолжает Тропомиоаин Актин !СТ с . ! Тропониновый комплекс Р и с. !.32. Схематическое изображение тонкого филамента скелетной мышцы !23 блокировать взаимодействие миозина с актином, но только в отсутствие Саз'. При появлении в среде свободного кальции тропонин С связывает четыре иона Сам и в таком состоянии снимает блокаду. Именно этот эффект и лежит в основе возбуждения мышечного сокращения ионами кальция. К вопросу о том, каким образом тропомнозин и тропонии контролируют взаимодействие мнозина с актином, вернемся после рассмотрения структурной организации толстых фила- ментов. Структура миозиновых нитей. Содержание миозина, актина, тропомиозина и тропонина в миофибриллах составляет примерно 55, 25, 15 и 5'7а соответственно. Отличительная черта миозина скелетных мышц заключается в его способности спонтанно образовывать в условиях ш чиго гигантские полимерные комплексы, намного превосходящие агрегаты миознна немьппечных тканей.
Из скслегных мышц миозин извлекается концентрированными солевыми растворами, в которых он хорошо растворим. Обработанная таким образом мышца теряет только толстые филаменты, которые распадаются на составляющие их молекулы миозина, имеющего молек. массу - 520 кДа. Прн обработке концентрированным раствором мочевины или другим дстергентом молекула миозииа распадается на шесть полипептидных цепей: две идентичные тяжелые цепи с молекулярной массой-220 и две пары легких цепей с молекулярной массой — 22 и - 15 кДа [459-461).
Как впервые с помощью электронной микроскопии установил в 1963 г. Х. Хаксли, миозин состоит из двух глобулярных "головок", каждая из которых прикреплена к тяжелой цепи, содержащей длинный участок а- спирали [462). В натнвной молекуле миозина а-спирали двух тяжелых цепей закручены одна вокруг другой в суперспираль, образующую палочковидный хвост, из которого выступают две головки, Каждая головка образована глобулярной частью тяжелой цепи [- 95 кДа) и включает по одной молекуле легкой цепи двух видов [рис. 1.33). Толстые фнламенты образуются путем ассоциации молекул миозина за счет их палочковидных хвостов: несколько сотен молекул, располагаясь параллельно со сдвигом по длине, формируют пучок, из которого выступают латерально расположенныс миозиновые головки [рис.
1.34), Вся структура биполярна. Выступающие головки отсутствуют лишь на небольшом срединном участке филамента, где соединяются два противоположно направленных пучка миозиновых хвостов. Глобулярные головки миозиновых молекул взаимодействуют с активом и образуют поперечные мостики между толстыми и тонкими фила- ментами. Протеолиз тяжелых филаментов показал, что миозиновая головка легко отделяется от остальной части белка, образуя так называемый субфрагмент 1 [81) и суперспиральный стержень, ответственный за самосборку миозина и создание структурной основы толстых нитей [459, 464). Субфрагмент 1 содержит нуклеотидсвязывающий активный центр для АТР, актинсвязывающую поверхность и две области контактов с легкими цепямн.
Таким образом, глобулярная головка и вне филамента сохраняет все свои функции. Входящие в нее легкие цепи отличаются 124 Головка М-концы н ')- 134 нм Р и с,!.33. Схема построения молекулы миозина Миозиновыв головки Гладкан зона Р и с. 1.34. Схематическое изобралгение толстого филамента скелет- ной мышцы [4б31 друг от друга по структуре и свойствам. В некоторых видах миозина они не оказывают заметного влияния на АТРазную активность фермента [4651.
Однако в других видах миозина легкие цепи его головки могут участвовать в регуляции гидролиза АТР, ио только в присутствии актина [466, 4671. Миозин является объектом всестороннего изучения практически на протяжении всего ХХ столетия. Еще в исследованиях А.Я. Данилевского в конце прошлого века отмечалось, что миозин обладает двойным лучепреломлением. Однако до самого последнего времени все знания о пространственной структуре ограничивались информацией о внешнем очертании молекулы и ес габаритных размерах, полученных с помощью электронной микроскопии. В частности, было известно, что миозиновая головка имеет грушевидную форму — 190 гк в длину и 50 А в ширину, а двойная спираль хвостового участка соответственно - 1500 и - 20 А [468-4711.
Последние три десятилетия камнем преткновения в определении трехмерной структуры миозииа, как и структуры актина, было получение качественных кристаллов белка для рентгеноструктурного анализа. И. Рейменту и соавт. удалось получить требуемые кристаллы, использовав не совсем обычный в белковой кристаллографии прием — [х[-метилирование боковых цепей всех остатков 1.уз миозинового фрагмента 1 в мягких условиях [4721. Для того чтобы убедиться в том, что метилирование не привело к радикальному изменению конформационных и ферментативных свойств белка, авторы подвергли подобной химической модификацяи лизоцим и не обнаружили после этой процедуры существенных нарушений в трехмерной структуре фермента.
Кроме того, были проверены кинетические свойства метилированного миозина 81 [473[. Он сохранял каталитическую активность, хотя и наблюдались отклоне- !25 ния кинетических параметров гидролиза АТР от их значений у нативного образца. Трехмерная структура субфрагмента 1 миозина была идентифицирована Рейментом н соавт. с помощью рентгеноструктурного анализа с разрешением 2,8 А [471, 472, 474]. В результате были не только уточнены внешние размеры миозиновой головки, которые подтвердили, что она лишена симметрии и имеет в длину 165 А, а в утолщенном месте 65х40 А, но и построена атомная модель из 1072 аминокислотных остатков (из общего количества 1157). Структура содержит много аспиралсй (- 48%), из которых самая длинная простирается на 85 А от утолщенного места в направлении С-конца тяжелой цепи 81.
Большую часть этой спирали обволакивают легкие цепи, Е1.С (еааепба! 118)п с)за)п) и ВЬС (ге8п1асогу 118)п с)за]п), свидетельствуя тем самым о том, что одно из основных назначений этих цепей заключается в конформационной стабилизации тяжелой цепи миозиновой головки. Во всяком случае, при удалении, например, ВЬС структура 8! разрушается [475]. Помимо этого, легкие цепи способствуют конформационным перестройкам, происходящим при связывании н освобоящении нуклеотида в утолщенной части головки. Для того чтобы облегчить описание трехмерной структуры субфрагмента 1, его тяжелую цепь целесообразно разделить на три части: Х-концевую, включающую остатки Азр-4 — Сз!п-204, центральную Иу-216 — Туг-626 и С-концевую Сз1п-647- Ьуз-843.
Между ними находятся лишенные вторичных структур петли, которые легко поддаются триптическому расщеплению, образуя фрагменты тяжелой цепи с молек. массами 25, 50 и 20 кДа. Утолщенная часть миозиновой головки содержит нуклеотидный и актиновый центры связывания и, таким образом, имеет все необходимые для генерации движения компоненты. Непосредственно двигательная, моторная часть миозина представляет собой комплекс вторичных структур, расположенных вокруг ]3-слоя, состоящего из семи, в основном параллельных, Р-тяжсй. В нее входят компоненты всех трех расщепляемых трипсином фрагментов тяжелой цепи. Нуклеотидсвязывающий пакет локализован на конце центрального [1- складчатого листа и примыкает с одной стороны к фрагменту 25 кДа, а с другой к фрагменту 50 кДа. Локализация аминокислотных остатков, формирующих нуклсотидный активный центр миозина, определена с помощью метода меченых атомов [476] и по аналогии с последовательностями фосфатных петель в структурах аденилаткиназы и РНКазы [477, 478].
Связывающий пакет имеет глубину -!ЗА и приблизительно такую же ширину. Поскольку кристаллы были выращены в отсутствие АТР, то в найденной структуре миозинового субфрагмента 1 активный центр отвечает открытой конформации. Взаимосвязь гидролиза АТР с мышечным сокращением, обнаруженная, как отмечалось, еще в 1939 г., рассматривалась в болыпой серии кинетических исследований. Результаты, полученные впервые Р.
Лимном и Е. Тейлором в 1971 г., а также другими авторами в последующие годы, не претерпели принципиальных изменений и приводят к одному и тому же представлению об актин-миозиновом 126 Тонкий филамвнт Миозиноввя головка АОР+ДР Связанный АТР гидро- Толстый „Шарнир" лизуется до АОР и (Р,) филамент головка приобретает Миозиновая головка исходную конформа-/14) прикрепляется к цию Схг О тонкому филаменту АТР присоединяется к миозиновой головке, что ведет к освобож- е 3 "Рабочий ходт ми® озиновая головка претерпевает конформационное изменение с высво вождением АОР дению тонкого филамента Р и с. 1.35. Схема механизма использования энергии гидрояиэа ЛТР яля передвижения актннового фихзмснта относительно миозина механизме сокращения мышц 1471, 479-482).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
