Последнее обновление: 01/26/2025 05:58:46  Меню и поиск на этом сайте   ЗДЕСЬ  Дополнительная информация   ЗДЕСЬ!!
WMZ: Z191701361450
WMR: R209318204033


Без рекламы только Браузер Uran (скачать )
The myosin swinging cross-bridge model
Модель качелей на поперечных мостиках миозина

The myosin swinging cross-bridge model

James A. Spudich
Nature Reviews Molecular Cell Biology 2, No 5, 387-392 (2001)


Hugh E. Huxley's (TIMELINE) Timeline | The myosin swinging cross-bridge model

предложил  swinging cross-bridge модель мышечного сокращения в 1969 (Рис.1).

(Рис.1.)  |  The swinging cross-bridge model.

Для базрующейся на актине системеmyosin  in vitro motility подход позволил исключить некоторые модели контракции, связанные с конформационными изменениями в хвостовой области молекулы. Сами поперечныe мостики(субфрагмент 1 миозина или S1; (Рис. 1)продемонстрированы непосредственно и однозначно, как моторный домен миозина. Хвост myosin II имеет критическую функцию по образованию биполярных толстых фрагменов, которые прикрепляют S1 моторные домены к макромолекулярному ансамблю, используемому для мышечного сокращения и в контрактильных процесах, таких как цитокинез в немышечных клетках.
Links
DATABASE LINKS
myosin | kinesin family | myosin II | myosin V
ENCYCLOPEDIA OF LIFE SCIENCES
Motor proteins | Actin and actin filaments

Insights from the structure of S1

Наиболее важным в последнюю декаду было определение кристаллической структуры мономерного актина (G-actin) и S1. Субдомен S1 состоит из каталитического домена и  домена связывания легкой цепи (рис. 2). Каталитический домен содержит нуклеотиды-связывающий сайт P-loop variety, который тесно ассоциирован с switch-I и switch-II спиралями. Нуклеотидный сайт на расстоянии 4 nm от актин-связывающего сайта, два этих сайта общаются др. с др. посредством switch-I и switch-II спралей, которые движутся в ответ на состояние нуклеотидов, особенно присутствие или отсутствие Pi в активном сайте. Распространяющаяся от края каталитического домена, самое дальнее от актин-связывающего сайта, α-спираль, окруженна двумя калмодулин-подобными легкими цепями. Предполагается, что эта область, связывающая легкие цепи, действует подобно плечу рычага, которое амплифицирует небольшие конформационные изменения вблизи нуклеотиды-связывающего сайта с помощью перепада (swinging) от большого угла при prestroke состояния к poststroke состоянию (Рис. 2).Показано, что два отдельных состояния плеча рычага - это предполагаемое prestroke состояние, а др. предполагаемое poststroke состояние.

(Рис.1.)  |  Prestroke and poststroke states of subfragment 1.

Асимметричная форма S1 позволила перевести X-ray кристалическую структуру S1 в низко разрешающую трехмерную картину актин–S1 комплекса. Трехмерная реконструкция ЭМ фотографий в присутствии и отсутствии АДФ выявила различные конформации плеча рычага, указывающие на то, что , по крайней мере , для некоторых миозинов м.б. нужны небольшие дополнительные stroke, которые возникают при высвобождении АДФ из активного сайта. 

Считается, банано-образный S1, наблюдаемый при ЭМ, м. действительно качаться (swing), но не в актин-связывающем сайте, а скорее в середине S1. Согласно этой модифицированной swinging cross-bridge модели: основное изменение в ориентации должно происходить между каталитическим доменом и плечом рычага, связывающего легкие цепи (Рис. 3). Используя динамический подход с перемещениями реактивных цистеинов выявили 70-градусную ротацию с тремя отличными состояниями положения плеча рычага(Рис. 2).

(Рис.3.)  |  The actin-activated myosin-II ATPase cycle.

How big is the myosin step?

>Модель swinging cross-bridge согласуется только с маленькими в 10-nm, шажками перемещения, когда миозин взаимодействует с актином. Используя отдельные мышечные саркомеры, из которых удалены Z линии — структуры, которые закрепляют тонкие филаменты в саркомере  — выявлены значительно большие шаги перемещения при каждой ступени гидролиза АТФ, более чем 100 nm. Предполагается, что унитарный шаг в движении для конвенционального миозина II в 5–15 nm, по-видимому, связан с одиночным АТФ.
Спецификация различных доменов и специфических остатков S1 лучше всего согласуется со следующей моделью (Рис. 3). Миозин поперечными мостиками связывается с АТФ и тем самым освобождается  от соединения с актиновой филаментой. Поперечные мостики затем гидролизуют АТФ и тем самым включаются в подготовку к productive working stroke. Повторное соединение с актином запускает высвобождение фосфата, что в свою очередь способствует миозиновым поперечным мостикам вернуться в свою стартовую конформацию, in a motion называемый 'powerstroke.' Этот powerstroke вовлекает относительно фиксированный каталитический домен  в связь с актином и вызывает перепад (качок) области, связывающей легкие цепи, на значительный угол, что позволяет сделать шаг (working stroke) в 5–15 nm. Общим результатом этого становится то, что присоединенная актиновая филамента транслоцируется (передвигается) в направлении своего минус (pointed) конца. Хотя (Рис. 3a> упрощена, чтобы показать только направление перемещения в течение цикла, установлена обратимость ступеней (Рис. 3b). Напр., восстановление связи myosin–ATP и myosin–ADP с актином происходит быстро, так что промежуточные actin–myosin–ATP и actin–myosin–ADP комплексы являются важными.

Following the myosin-V trail

Myosin V имеет типичный каталитический домен, однака предполагаемое плечо рычага в 3 раза длиннее, чем у миозина II (Рис. 4). Хвост myosin V также существенно отличается от миозина II, возможно из-за его роли связывать везикулярный груз скорее, чем формировать биполярные толстые филаменты. Уникальным свойством myosin-V S1, является длинное плечо рычага, которое согласно модели swinging cross-bridge должно позволять шаги большего размера, чем у myosin II. Установлен возможный механизм действия и как действуют молекулярные моторы семейства миозинов. Myosin-V motor делает большие шаги вдоль актина и остается тесно связанным с актином в течение большей части его ATPase цикла. В меланоцитах меланин содержащие пузырьки преимущественно переносятся вдоль актиновых филамент, закрепленных в клеточной коре. Не все сторны актиновых филамент доступны для миозина, тем не менее он перемещается вдоль актиновых филамент, неся меланин-содержащие пузырьки в дендритообразные spines меланоцитов, откуда они поступают в кератиноциты. Неудивительно, что шаг myosin V равен ~36 nm (Рис. 5), т.е. спираьному повтору актиновых филамент. Более того, myosin V перемещается вдоль актиновых филамент in vitro даже тогда, когда эти филаменты плотно прилегают к поверхности одной своей строной. В этой конфигурации myosin V не может следовать по актиновым виткам с большим шагом, очевидно он должен ступать с одного сегмента спирали на др. сегмент филаменты.

(Рис.4.)  |  Predicted structure of myosin V.



(Рис.5.)

 |  Experimental scheme of the force-feedback-enhanced laser trap.

При низких концентрациях АТФ, когда обе миозиновые головки остаются связанными с актиновой филаментой, часто кажется, что молекула стремится вперед в форме 'telemark skier' (Рис. 6a).

(Рис.6.)  |  Nucleotide-dependent processive stepping of myosin V along an actin filament.

Получены доказательства, что задержка во времени между последовательными 36-nm шагами ограничена связыванием АТФ при субнасыщающих конц. АТФ и высвобождением АДФ при насыщении АТФ (Рис. 6b).

What remains to be done

Итак, нет сомнения в том, что глобулярные головные домены myosin II, которые выглядаят как поперечные мостики между актиновыми и миозиновыми филаментами в мышце, действуют как как моторные домены молекулы и протягивают актиновые филаменты вдоль в результате повторяющихся конформационных изменений, связанныых с гидролизом АТФ. 

Кристалическая структура комплекса F-actin–S1 очень важна. Знание ее позволит выявить важные аспекты взаимодействия между актином и миозином и установить как осуществляется общение между актин-связывающим сайтом, нуаклеотидным сайтом и плечом рычага.

Ясно, что шагание myosin V вдоль актина связано с высвобождением АДФ из rearward post-stroke головки, но не из forward pre-stroke головки, что сопровождается связыванием АТФ с rearward головкой, чтобы освободить ее от актиновой филаменты. Анализ myosin V с помощью internal reflection микроскопией позволит наблюдать одиночные АДФ и АТФ молекулы, когда они связываются и заставляют миозин шагать.
Сайт создан в системе uCoz