Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посмотрите новые поступления ... Обратите внимание!
 
  Наука >> Биология >> Клеточная биология | Обзорные статьи
 Посмотреть комментарии[1]  Добавить новое сообщение
 См. также

Обзорные статьиА.С. Соболев. Как измеряют подвижность макромолекул в живых клетках

Научные статьиИзменение свойств плазматической мембраны Acholeplasma laidlawii при действии тетрациклина: picone

Обзорные статьиА.С. Спирин. Принципы функционирования рибосом

Обзорные статьиА.Б. Рубин. Первичные процессы фотосинтеза

Научные статьиХимические основы возникновения Жизни

Научные статьиМетод электронного парамагнитного резонанса для контроля за состоянием углеводного обмена и эффективности инсулинотерапии детей, больных сахарным диабетом: спиновая метка

Обзорные статьиВ.А. Гвоздев. Подвижная ДНК эукариот. Часть 1. Структура, механизмы перемещения и роль подвижных элементов в поддержании и роль подвижных элементов в поддержании целостности хромосом

Обзорные статьиВ.П. Скулачев. Электродвигатель бактерий

Курсы лекцийСтромально-сосудистые дистрофии : 1

В начало...

Молекулярные моторы. Часть 2. Молекулярные основы биологической подвижности. А. Н. ТИХОНОВ. Продолжение

КИНЕЗИН
Одним из самых простых механохимических белков является кинезин. Кинезин работает как переносчик различных органелл (митохондрии, лизосомы) и супермолекулярных частиц. В клетках дрожжей найдено шесть белков, похожих на кинезин. В клетках мышей обнаружено более двух десятков подобных белков. Двигаясь вдоль микротрубочек (рис. 6), молекула кинезина может тянуть за собой сравнительно крупные субклеточные частицы. Тубулиновые микротрубочки построены из глобулярных белков двух типов (- и -тубулин). Из этих субъединиц образуются линейные полимеры (протофиламенты), в которых чередуются глобулы - и --тубулина. Из 13 протофиламентов, расположенных по кругу, получаются микротрубочки диаметром около 30 нм, с которыми непосредственно взаимодействуют молекулы кинезина.
По структурным и биохимическим свойствам кинезин напоминает миозин. Молекула кинезина представляет собой димер, образованный двумя одинаковыми полипептидными цепями. Подобно молекуле миозина, с одной стороны каждой полипептидной цепи кинезина формируется глобулярная головка, соединенная со сравнительно длинным хвостом. Линейные размеры головки сравнительно невелики, они составляют 7,5 x 4,5 x 4,5 нм. Хвосты двух мономерных цепей сплетены вместе, а наклоненные в разные стороны головки образуют своеобразную рогатину, которая непосредственно взаимодействует с глобулярными мономерами микротрубочки, вдоль которой перемещается кинезин (рис. 6).

Рис. 6. Схема перемещения молекулы кинезина вдоль микротрубочки, состоящей из мономеров тубулина - и -. Буквами T и D обозначены головки кинезина, с которыми связаны соответственно АТР или ADP. В исходном положении (состояние 1 ) головка кинезина, не связанная с микротрубочкой, содержит молекулу ADP, вторая головка, которая в это время контактирует с микротрубочкой, свободна от нуклеотидов. После связывания АТР второй головкой изменяется конформация молекулы кинезина, в результате чего первая головка, содержащая ADP, смещается вправо (переход 1 2 ). После диссоциации ADP свободная головка связывается с микротрубочкой (переход 2 3 ). Затем происходят гидролиз АТР и диссоциация фосфата (Рi), в результате чего головка, с которой связана молекула ADP, отходит от микротрубочки (переход 3 4 ). В конечном положении (состояние 4 ) углы наклона головок кинезина относительно микротрубочки такие же, как в исходном состоянии 1, но при этом молекула кинезина оказывается смещенной вдоль микротрубочки на расстояние, соответствующее двум мономерным звеньям тубулина и тубулина .

Каждая из двух головок кинезина обладает АТРазной активностью. Связывание и гидролиз молекулы АТР в активном центре кинезина, а также последующие события, вызванные диссоциацией ADP и Pi , сопровождаются изменением положения головок относительно тубулиновых мономеров, в результате чего кинезин перемещается вдоль микротрубочки. Работа головок кинезина хорошо скоординирована: связывание и гидролиз молекулы АТР одной головкой димерного комплекса способствует освобождению молекулы АDP из активного центра другой головки. Головки кинезина попеременно связываются с мономерными звеньями микротрубочки. На рис. 6 показана одна из наиболее вероятных схем работы кинезина, которая объясняет, каким образом происходит перемещение кинезина вдоль микротрубочек. В ходе структурных перестроек моторных участков кинезина угол наклона головок относительно микротрубочки изменяется, вследствие чего кинезиновый димер смещается вдоль микротрубочки. Это движение по своему характеру напоминает перемещение двуногого существа - головки кинезинового димера попеременно опираются на тубулиновые глобулы микротрубочки. До сих пор не совсем понятны детали того, каким образом молекула кинезина "шагает". Весьма вероятно, что на определенной стадии происходит поворот рычагов относительно хвоста кинезинового димера (рис. 6). В этом случае движение кинезинового димера вдоль микротрубочки можно было бы сравнить с движением вальсирующего человека, который перемещается в танцевальном зале, совершая периодические повороты на 180њ вокруг ноги, опирающейся на пол. После каждого такого поворота танцор переступает на другую ногу, совершая тем самым поступательное движение в пространстве.
В случае кинезина один шаг димерного комплекса приводит к его смещению вдоль микротрубочки на расстояние l = 8 нм. Длина шага l в точности соответствует размеру двух мономерных глобул (-тубулин и -тубулин), из которых построена микротрубочка. Одна молекула кинезина обычно совершает не менее 100 шагов, прежде чем она отделяется от микротрубочки. Кинезин движется с поразительно быстрой скоростью. За одну секунду он делает приблизительно 100 шагов, перемещаясь за это время на расстояние 800 нм. При этом сила, развиваемая одной молекулой кинезина, составляет величину F ~ 6 пН. Если бы такой мощностью в расчете на единицу массы обладали автомобильные моторы, то они могли бы легко разгонять машины до скоростей, существенно превышающих скорость звука. Коэффициент полезного действия кинезинового мотора также велик. Совершаемая им за один шаг работа равна W = F * l = 48 пН * нм, что составляет ~ 60% от энергии, выделяемой при гидролизе одной молекулы АТР. Работая в качестве индивидуального молекулярного извозчика, кинезин может совершать перемещения на очень большие расстояния (до 1 мм).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы рассмотрели механизмы работы всего лишь двух молекулярных моторов, которые ответственны за сократительную активность, подвижность и транспортные процессы в клетке. Этими примерами далеко не ограничивается число моторных белков. Одних только механохимических белков типа миозина в клетках различных организмов насчитывается более 15 семейств и свыше 84 видов. Многие принципиально важные детали механохимических процессов, происходящих при работе актомиозинового и кинезинового комплексов, стали понятными благодаря недавним успехам в изучении молекулярной структуры их моторных белков методом рентгеноструктурного анализа. С высоким разрешением получены картины пространственного строения моторных участков миозина, кинезина, динеина и родственных им механохимических белков. Другим важным достижением в исследовании молекулярных моторов явилась разработка новых биофизических методов регистрации подвижности белков, которые позволили непосредственно наблюдать за движением отдельных моторных белков и их фрагментов.


Автор признателен В.П. Скулачеву за критические замечания и полезные советы.

ЛИТЕРАТУРА
1. Васильев Ю.М. Клетка как архитектурное чудо. 1. Живые нити // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. N 2. С. 36-43.
2. Васильев Ю.М. Клетка как архитектурное чудо. 2. Цитоскелет, способный чувствовать и помнить // Там же. N 4. С. 4-10.
3. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. 2-е изд. М.: Мир, 1994. Т. 2. С. 254-337.
4. Скулачев В.П. Биоэнергетика. М.: Высш. шк., 1989. С. 175-177.
* * *
Александр Николаевич Тихонов, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник кафедры биофизики физического факультета МГУ. Область научных интересов - биофизика фотосинтеза, биоэнергетика, магнитная радиоспектроскопия. Соавтор трех книг на русском и английском языках, а также более 140 статей в отечественных и зарубежных научных журналах.
ї Тихонов А.Н., 1999


Посмотреть комментарии[1]
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования