МИОЗИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ВИДЫ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Миозина представляет собой молекулярный двигатель, белковый, способен двигаться на актин филаментов в цитоплазме. Энергия, которая движет миозином, возникает в результате гидролиза АТФ. Из-за этого миозин часто определяют как механохимический фермент.

У эукариот миозин - очень распространенный белок. Существуют разные классы миозина, которые кодируются семейством генов. У дрожжей выделено 5 классов, а у млекопитающих описаны десятки.

Источник: Дэвид Ричфилд (Пользователь: Slashme) При использовании этого изображения во внешних работах его можно цитировать следующим образом: Richfield, David (2014). «Медицинская галерея Дэвида Ричфилда». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.009. ISSN 2002-4436.

Миозин выполняет множество разнообразных функций. Миозин I вместе с актином участвует в движении кератоцитов.

Миозин II обеспечивает жесткость плазматической мембраны, участвует в цитокинезе и сокращении мышц. Оба миозина I и II участвуют в миграции клеток. Миозины I и V осуществляют транспорт пузырьков по актиновым филаментам.

Структура

На электронных микрофотографиях типичная структура изоформ миозина состоит из трех областей: головы, шеи и хвоста. Путем гидролиза химотрипсином получают сегмент, состоящий из головы и шеи, называемый тяжелым меромиозином (HMM), и сегмент хвоста, называемый легким меромиозином (LMM).

Головной домен представляет собой N-концевой конец тяжелой цепи, а хвостовой домен - это С-концевой конец легкой цепи.

Классы миозина можно дифференцировать по количеству полипептидных цепей, из которых он состоит, а также по количеству и классу легкой цепи, прикрепленной к шее.

Миозин I имеет полипептидную цепь, которая образует голову, а в его хвосте отсутствуют альфа-спиральные области. В то время как миозины I и V имеют две полипептидные цепи и, следовательно, образуют две головки и хвост, в которых альфа-спиральные цепи скручены, образуя стержнеобразную структуру.

Миозины I и V имеют сайты связывания кальмодулина, который регулирует и связывает Ca ⁺² на легких цепях. Миозин I связывает Са ⁺² с легкими цепями, но делает это иначе, чем кальмодулин.

характеристики

На механохимическом уровне миозины обладают тремя характеристиками, а именно:

- Головка миозина - это двигательный домен, который продвигается дискретными шагами: соединение головки миозина с актиновой нитью, ее наклон и последующее разделение вызывают движение миозина. Этот процесс цикличен и зависит от АТФ.

- Изменения конформации: гидролиз молекулы АТФ связан с каждой стадией молекулы миозина через уровни амплификации и передачи. Это связано с большими конформационными изменениями миозина.

Первый уровень амплификации достигается за счет потери гамма-фосфатной группы АТФ, что позволяет реорганизовать структурные элементы в сайте связывания АТФ. Эта перестройка координируется со структурными изменениями в сайте связывания актина.

Второй уровень амплификации включает передачу конформационного изменения активного сайта структурным компонентам карбоксильного конца.

- Направленность: было обнаружено, что миозины имеют полярность или обратную направленность по направлению к (+) концу актиновой нити. Этот вывод сделан из экспериментов по проскальзыванию актиновой нити с использованием флуоресцентного светового микроскопа.

Характеристики

Миозин, вместе с актином, участвует в сокращении мышц, адгезии клеток, цитокинезе, укреплении корковых мембран и смещении некоторых пузырьков, среди других функций.

Дефекты миозина могут вызывать патологические состояния. Например, дефекты миозинов I и V связаны, соответственно, с миозиновыми миопатиями и нарушениями пигментации (синдром Гричелли). А нарушения изоформ миозина VI вызывают потерю слуха.

Сокращение мышц

Функциональная и структурная единица скелетных мышц - саркомер. Во время сокращения мышцы длина саркомера достигает 30% от первоначальной длины.

Саркомеры состоят из толстых миозиновых нитей и тонких актиновых нитей, которые организованы сложным образом. Как правило, миозиновые головки расположены на дистальных концах филамента, а их хвосты - к центру саркомера, а организация биполярна.

Чтобы произошло сокращение мышц, миозиновые головки на противоположных концах должны двигаться к Z-диску или (+) концу нити. Поскольку организация толстых нитей биполярна, происходит скольжение тонких нитей по толстым нитям под действием АТФ.

Сила смещения возникает из-за того, что сотни миозиновых головок толстой нити взаимодействуют с тонкой нитью.

цитокинез

Во время митоза, когда микротрубочки на полюсах веретена разделяются, актин и миозин II образуют сократительное кольцо на экваторе клетки. Это кольцо сжимается, уменьшая свой диаметр и разделяя клетку на две части.

Жесткость корковых оболочек

В мутантных клетках, лишенных миозина II, плазматическая мембрана легко деформируется при приложении внешней силы. Это происходит потому, что миозин II обеспечивает силу агрегации для белков плазматической мембраны.

Клеточная адгезия

В эпителиальной ткани сократительные пучки актина и миозина II расположены вблизи плазматической мембраны и образуют круговой пояс, окружающий внутреннюю поверхность клетки. Этот круговой пояс определяет форму клетки и поддерживает связь между клетками.

Контакт между клетками происходит за счет соединения кольцевого пояса с молекулами клеточной адгезии посредством соединения белков.

Смещение некоторых пузырьков

Экспериментальные данные показывают, что миозин V осуществляет мембранный транспорт от аппарата Гольджи к периферии клетки. Вот некоторые доказательства:

- В клетках нервной ткани с помощью иммунофлуоресценции астроцитов было обнаружено, что миозин V расположен рядом с Гольджи.

- У дрожжей мутации в гене миозина V нарушают секрецию белка, и, следовательно, белки накапливаются в цитозоле.

- Изоформы миозина I ответственны за транспорт вакуолей к клеточной мембране. Используя специфические антитела против изоформ миозина I, было обнаружено, что эти изоформы расположены в разных частях клетки.

Например, когда живую амебу метят антителом против миозина IC, транспорт вакуоли к мембране прекращается. Из-за этого вакуоль расширяется, и клетка лопается.

Заболевания, связанные с миозином

Миозины и потеря слуха

Существует множество генов и мутаций, вызывающих потерю слуха. Заболевание часто бывает моногенетическим.

Нетрадиционные мутации миозина с одной или двумя головками миозина влияют на функцию внутреннего уха. Некоторые из мутировавших изоформ миозина - это миозин IIIA, миозин VIIA и миозин XVA. Недавно в миозине VI были обнаружены две мутации.

Мутации миозина VI - это c.897G> T и p.926Q. Первая мутация затрагивает область, которая взаимодействует с активным сайтом, называемую Switch I. Гомозиготные по мутации рано проявляют фенотип, вызывая серьезные последствия.

Вторая мутация затрагивает область заряженных остатков в альфа-спирали в хвосте миозина VI. Эта область важна для проксимальной моторной димеризации и влияет на стерео-цилиарную функцию миозина VI.

Другая мутация - p.Asn207Ser, которая производит мотор, неспособный производить силу. Это связано с тем, что Asn 207 представляет собой аминокислотный остаток активного центра, функция которого заключается в связывании и гидролизе АТФ.

Мутация p.Arg657Trp приводит к потере функции миозина VI. Остаток Arg участвует в конформационных изменениях, связанных с гидролизом и перемещением миозина.

Миозин X и рак

Миозин X (Myo10) - нетрадиционный миозин, который экспрессируется в головном мозге, эндотелии и многих эпителиях. Myo10 и три класса актиновых проекций (филоподии, инвадоподии и филоподии-подобные проекции) работают во время метастазирования рака.

Инвазивные раковые клетки имеют большое количество филоподий и экспрессируют высокие уровни фасцины. Этот белок образует поперечные связи между актиновыми филаментами. Чтобы избежать первичной опухоли, образуются инвадоподии, богатые протеолитической активностью, которые переваривают окружающий внеклеточный матрикс.

Как только клетки достигают внеклеточного матрикса, филоподии-подобные выступы помогают рассредоточиться и колонизировать. Высокий уровень Myo10 указывает на высокую агрессивность и метастазирование рака груди.

Подавление MyoX вызывает потерю метастатического характера клеток, которые не могут образовывать актиновые проекции. Все эти выступы обладают спайками на основе интегрина, которые переносятся Myo10 внутри филоподии.

MyoX участвует в формировании центросомы. Отсутствие MyoX способствует формированию мультиполярных веретен. MyoX также участвует в передаче сигналов в раковых клетках. Например, MyoX активируется 3,4,5-инозитолтрифосфатом (PIP3).

Ссылки

1. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж. И др. 2007. Молекулярная биология клетки. Garland Science, Нью-Йорк.
2. Браунштейн, З., Абу-Райян, А., Карфункель-Дорон, Д., Сиригу, С., Давидо, Б., Шохат, М., Фридман, М., Худусс, А., Канаан, М., Авраам , K. 2014. Новые мутации миозина при наследственной потере слуха, выявленные с помощью целевого геномного захвата и массового параллельного секвенирования. Европейский журнал генетики человека, 22: 768-775.
3. Курсон, Д.С. и Чейни, RE 2015. Миозин-X и болезнь. Экспериментальные исследования клеток, 334: 10-15.
4. Лодиш, Х., Берк, А., Зипурски, С.Л., Мацудария, П., Балтимор, Д., Дарнелл, Дж. 2003. Клеточная и молекулярная биология. От редакции Medica Panamericana, Буэнос-Айрес, Богота, Каракас, Мадрид, Мексика, Сан-Паулу.
5. Шлива М. и Вельке Г. 2003. Молекулярные двигатели. Nature, 422: 759-765.
6. Вейл, Р.Д. 2003. Набор инструментов для молекулярного мотора для внутриклеточного транспорта. Cell, 112: 467-480.