8 :: Содержание

11.1.2. Молекулярные "моторы"

11.1.2.1. Миозин

В немышечных клетках миозин впервые обнаружили спустя долгое время после открытия его в мышцах, причем опять-таки в миксомицетах; это сделали ученые из Университета в Осаке (Япония) Садаши Хатано (Sadashi Hatano) и Масаши Тазава (Masashi Tazawa) в конце 60-х годов. Затем наличие миозина, способного реагировать с актином, выявили в разнообразных типах клеток. Стало известно, что в одном и том же типе клеток может существовать несколько молекулярных форм как миозина, так и актина.

Филаменты немышечного миозина тоньше и короче филаментов мышечного миозина. Поэтому при электронной микроскопии их трудно отличить от актиновых филаментов.

Как и в мышцах, немышечные миозиновые фила-менты собраны из мономеров, головки которых направлены от средней части филамента к его концам. В результате возникает биполярная ориентация головок. Она позволяет каждой половине миозинового филамента связываться с помощью поперечных мостиков с активными филаментами и скользить вдоль последних, движущихся в противоположном направлении. Подобная ориентация в структуре молекул в немышечных клетках создает предпосылки для работы механизма сокращения по принципу скольжения нитей, сходного с тем, который существует в поперечнополосатых мышцах.

11.1.2.2. Динеин

Динеин, обладающий АТРазной активностью, впервые обнаружили в ресничках (разд. 11.2.3). Здесь он отвечает за возникновение скользящих движений между тубулиновыми микротрубочками. Позднее его нашли и в митотических веретенах многих типов клеток, где, как полагают, он играет некоторую роль в движении хромосом и (или) веретена.

11.1.2.3. Кинезин

Водорастворимый белок кинезин впервые выделили из аксоплазмы гигантских аксонов кальмара. Он обладает АТРазной активностью и, видимо, действует как "мотор" при передвижении органелл клетки по микротрубочкам. Доказательство этой функции кинезина получили в опытах с применением микроскопических шариков из полистирола, покрытых клеточным экстрактом, содержащим данный белок. Было наглядно показано, что шарики перемещаются по поверхности выделенных из аксоплазмы микротрубочек. В дальнейшем получили очищенный кинезин и установили, что он обеспечивает движение органелл по микротрубочке только в одном направлении. Согласно более поздним данным, клетки содержат также один или несколько белков, которые

обеспечивают перенос органелл в противоположном направлении. Можно предположить, что движение по микротрубочкам таких органелл, как хромосомы, митохондрии и везикулы, зависит от природы кинезиноподобных молекул, присутствующих в органелле.

8

8 :: Содержание

8 :: 9 :: Содержание

11.1.3. Регуляторные белки

11.1.3.1. Тропомвозин

Короткая белковая нить тропомиозина - одного из актиносвязывающих белков - тесно соединена с актином в мышцах многих животных, начиная от моллюсков и кончая млекопитающими. Как указывалось в гл. 10, тропомиозин вместе с тропонинами играет ключевую роль в регуляции взаимодействия миозиновых и актиновых филаментов в поперечнополосатых мышцах позвоночных животных. Однако в подвижных немышечных клетках тропомиозин в соединении с актином не обнаружен, хотя его можно выявить, когда эти клетки становятся неподвижными. Данный факт позволяет думать, что тропомиозин в не.мышечных клетках вступает в связь с актином лишь в том случае, если последний находится в "скелетной" - с поперечными сшивка-ми - форме, т.е. в состоянии, которое обеспечивает сохранение формы клетки.

11.1.3.2. Тропонин

О группе белков, найденных только в мышцах и названных тропонином, см.

разд. 10.4.2.

11.1.3.3.Кальмодулин

Кальцийсвязывающий белок кальмодулин, похожий по строению на тропонин, С, обнаружен во всех животных клетках. В комплексе с кальцием он

8

активирует многие кальцийзависимые ферменты и другие белки. Этот вопрос рассмотрен в гл. 9.

11.1.3.4. Альфа-актинин

Альфа-актинин впервые обнаружили в сетчатой структуре, образованной Z- линиями мышечного саркомера, где он, вероятно, выполняет чисто структурную функцию. Взаимоотношения его с актином в немышечных клетках, например фибробластах и клетках эпителия, исследовали с применением флуоресцирующих антител против альфа-актинина мышечного происхождения. Предполагают, что альфа-актинин участвует в прикреплении актиновых филаментов к клеточной мембране и способствует образованию поперечных сшивок между отдельными филаментами.

11.1.3.5. Другие актин-связывающие белки

В немышечных клетках обнаружено немало других актин-связывающих белков. Одни из них - фрагментирующие белки, например гельзолин и виллин, которые

вызывают в присутствии кальция укорочение актиновых филаментов. Другие, например профилин, связывают G-актиновые мономеры и предотвращают их полимеризацию, которая приводит к образованию F-актиновых филаментов. Третьи-филамин и уже упомянутый альфа-актинин -образуют поперечные сшивки между актиновыми фила-ментами, способствуя созданию сложных трехмерных сетчатых структур. Хотя функция перечисленных белков in vivo во многом не выяснена, считают, что они играют важную роль в подвижности клеток, регулируя процесс полимеризации и образования сшивок между актиновыми филаментами, входящими в состав цитоскслста.

9

8 :: 9 :: Содержание

9 :: Содержание

11.1.4. Химия процесса цитоолазматической подвижности

Выделенные из мышечных и различных немышечных клеток актин и миозин способны к перекрестному взаимодействию друг с другом. Иными словами, мышечный миозин способен "декорировать" актиновые филаменты из других (немышечных) типов клеток, и наоборот. Этот факт при сопоставлении с биохимическими характеристиками указанных белков говорит о фундаментальном сходстве между миозинами (как и между актинами) из различных типов клеток; в то же время в химическом поведении миозинов или актинов разного происхождения есть некоторые различия. В скелетной мышце сокращение регулируется актином. Точнее, взаимодействие между актином и миозином контролируется ионами кальция посредством регуляторных белков (тропонин, тропомиозин), соединенных с актиновыми филаментами. В гладких мышцах позвоночных и многих беспозвоночных, а также в амебоидных клетках регуляция актин-миозинового взаимодействия зависит от процесса связывания Са2+ легкой цепью миозиновой головки; иначе говоря, эти сократительные системы регулируются миозином.

Взаимодействие сократительных и регуляторных белков, обусловливающее движение цитоплазмы, изучено недостаточно; это связано с существованием нескольких механизмов процесса, что затрудняет проведение исследований. Современное представление о регуляции актин-миозинового взаимодействия. в подвижных немышечных клетках схематично отображено на рис. 11-4. Чтобы вызвать сокращение, сетчатая структура, образованная актиновыми филаментами, или гель, реагирует в присутствии ионов кальция с фосфорилированным миозином. Детали механики сокращения в немышечных клетках, относящиеся к скольжению филаментов и активности поперечных мостиков, остаются невыясненными. Можно, однако, назвать несколько точек на схеме, изображенной на рис. 11-4, где, вероятно, осуществляется регуляция процесса. В отношении актина регулирование может идти на стадии полимеризации его мономеров в актиновые филаменты. предположительно за счет действия профилина и сходных с ним белков. Белки, обеспечивающие образование поперечных сшивок между актиновыми филаментами и укорочение последних, по-видимому, тоже участвуют в регуляции превращения актина в сетчатую структуру, или тень. В отношении миозина регуляция идет на стадии его фосфорили-рования, катализируемого сАМР-зависимой кина-зой (см. разд. 10.5.1). И наконец, по аналогии с мышцами сокращение актомиозинового комплекса в подвижных немышечных клетках предположительно зависит от АТР как источника энергии и Са2+ как регуляторного агента.

9

9 :: Содержание