Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
125
ния кинетических параметров гидролиза АТР от их значений у нативного образца.
Трехмерная структура субфрагмента I миозина была идентифицирована Рейментом и 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 65x40 А, но и построена атомная модель из 1072 аминокислотных остатков (из общего количества 1157). Структура содержит много а-спиралей (~ 48%), из которых самая длинная простирается на 85 А от утолщенного места в направлении С-конца тяжелой цепи SI. Большую часть этой спирали обволакивают легкие цепи, ELC (essential light chain) и RLC (regulatory light chain), 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, RLC структура SI разрушается [475]. Помимо этого, легкие цепи способствуют конформационным перестройкам, происходящим при связывании и освобождении нуклеотида в утолщенной части головки. Для того чтобы облегчить описание трехмерной структуры субфрагмента I, его тяжелую цепь целесообразно разделить на три части: N-концевую, включающую остатки Asp-4-Glu-204, центральную Gly-216-Tyr-626 и С-концевую Gln-647-Lys-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, (3-тяжей. В нее входят компоненты всех трех расщепляемых трипсином фрагментов тяжелой цепи. Нуклеотидсвязывающий пакет локализован на конце центрального (3-складчатого листа и примыкает с одной стороны к фрагменту 25 кДа, а с другой к фрагменту 50 кДа. Локализация аминокислотных остатков, формирующих нуклеотидный 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 ~ 13А и приблизительно такую же ширину. Поскольку кристаллы были выращены в отсутствие АТР, то в найденной структуре миозинового субфрагмента I активный центр отвечает открытой конформации.
Взаимосвязь гидролиза АТР с мышечным сокращением, обнаруженная, как отмечалось, еще в 1939 г., рассматривалась в большой 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 филамент
Связанный АТР гидролизуется до ADP и (р^
головка приобретает исходную конформа-/ (4)
Миози новая
Толстый
филамент
головка—в ADP+
f® Шарнир"
Миозиноаая головка прикрепляется к тонкому филаменту
ADP+(P)
АТР присоединяется к миозино-вой головке, что ведет к освобождению тонкого филамента
"Рабочий ход": ми-озиновая головка претерпевает кон-формационное изменение с высвобождением ADP
и (РГ)
Рис. 1.35. Схема механизма использования энергии гидролиза АТР для передвижения актинового филамента относительно миозина
механизме сокращения мышц [471, 479-482]. Он показан на рис. 1.35 и соответствует четырехтактному процессу перехода энергии гидролиза АТР в механическую работу. На первом этапе предполагаемого механизма миозиновая головка, несущая продукты гидролиза АТР (ADP и Pi), прикрепляется к актиновому филаменту. Второй этап ("рабочий ход") начинается с изменения конформации головки, вызванного ее взаимодействием с актином, что приводит к освобождению продуктов гидролиза и возникновению в актомиозиновом комплексе напряженности, разрежающейся при продольном перемещении тонкого филамента. По завершении движения возникают условия для присоединения к миозиновой головке новой молекулы АТР, что сопровождается разрушением актин-миозиновых контактов (этап 3). Цикл заканчивается гидролизом АТР и изменением конформации головки, которая принимает первоначальное положение. Предполагается, что каждая головка молекулы миозина проходит свой цикл независимо.
Таким образом, наиболее существенные черты механизма действия актомиозинового комплекса заключаются в том, что, во-первых, реакция гидролиза АТР совершается в то время, когда миозин не взаимодействует с актином, и, во-вторых, движущая сила процесса возникает при освобождении продуктов ADP и у-фосфата. С описанным представлением о том, как миозиновые головки "шагают" вдоль актиновых филаментов, согласуются не только результаты кинетических исследований, но и множество экспериментальных данных,
