Моторный белок - Motor protein - Wikipedia

Кинезин гуляя по микротрубочка с помощью динамика белка на наномасштаб

Моторные белки являются классом молекулярные моторы что может двигаться по цитоплазма клеток животных. Они превращают химическую энергию в механическую работу посредством гидролиз из АТФ. Жгутиковый вращение, однако, приводится в действие протонный насос.[нужна цитата ]

Клеточные функции

Лучшим ярким примером моторного белка является мышца белок миозин который «двигает» сокращение мышечных волокон у животных. Моторные белки являются движущей силой большинства активный транспорт из белки и пузырьки в цитоплазма. Кинезины и цитоплазматические динеины играют важную роль во внутриклеточном транспорте, например, аксональный транспорт и в формировании шпиндельный аппарат и разделение хромосомы в течение митоз и мейоз. Аксонемал динеин, нашел в реснички и жгутики, имеет решающее значение для подвижность клеток, например в сперматозоиды и перенос жидкости, например, в трахею.

Заболевания, связанные с дефектами моторных белков

Важность моторных белков в клетках становится очевидной, когда они не выполняют свою функцию. Например, кинезин недостатки были определены как причина Болезнь Шарко-Мари-Тута и немного болезни почек. Недостаток динеина может привести к хронический инфекции из дыхательные пути в качестве реснички не функционируют без динеина. Многочисленные дефициты миозина связаны с болезненными состояниями и генетическими синдромами. Потому что миозин II необходим для сокращения мышц, дефекты мышечного миозина предсказуемо вызывают миопатии. Миозин необходим для слуха из-за его роли в росте стереоцилий, поэтому дефекты в структуре белка миозина могут привести к Синдром Ашера и несиндромальный глухота.[1]

Моторные белки цитоскелета

Моторные белки, использующие цитоскелет движения делятся на две категории в зависимости от их субстрат: микрофиламенты или же микротрубочки. Актин двигатели, такие как миозин двигаться дальше микрофиламенты через взаимодействие с актин, и микротрубочка двигатели, такие как динеин и кинезин двигаться дальше микротрубочки через взаимодействие с тубулин.

Есть два основных типа микротрубочка двигатели: двигатели с положительным концом и двигатели с отрицательным концом, в зависимости от направления, в котором они «ходят» по микротрубочка кабели внутри ячейки.

Актиновые моторы

Миозин

Миозины площадь надсемейство из актин моторные белки, которые преобразуют химическую энергию в форме АТФ в механическую, создавая таким образом силу и движение. Первый идентифицированный миозин, миозин II, отвечает за генерацию сокращение мышц. Миозин II - это удлиненный белок, который образован из двух тяжелых цепей с моторными головками и двух легких цепей. Каждая головка миозина содержит актин и сайт связывания АТФ. Головки миозина связывают и гидролизуют АТФ, который обеспечивает энергию для движения к плюсовому концу актиновой нити. Миозин II также жизненно важен в процессе деление клеток. Например, немышечные биполярные толстые нити миозина II обеспечивают силу сокращения, необходимую для разделения клетки на две дочерние клетки во время цитокинеза. Помимо миозина II, за различные движения немышечных клеток отвечают многие другие типы миозина. Например, миозин участвует во внутриклеточной организации и выступании богатых актином структур на поверхности клетки. Миозин V участвует в транспорте везикул и органелл.[2] Миозин XI участвует в цитоплазматический поток, при этом движение по микрофиламент сети в ячейке позволяет органеллы и цитоплазма для потока в определенном направлении.[3] Известно восемнадцать различных классов миозинов.[4]

Геномное представление миозиновых моторов:[5]

Моторы с микротрубочками

Кинезин

Кинезины представляют собой группу родственных моторных белков, которые используют микротрубочка отслеживать в антероградный движение. Они жизненно важны для формирования веретена в митотических и мейотических хромосома разделение во время деления клеток, а также отвечают за перемещение митохондрии, Тела Гольджи, и пузырьки в эукариотические клетки. Кинезины имеют две тяжелые цепи и две легкие цепи на активный двигатель. Два глобулярных моторных домена головки в тяжелых цепях могут преобразовывать химическую энергию гидролиза АТФ в механическую работу по перемещению по микротрубочкам.[6] Направление, в котором транспортируется груз, может быть положительным или отрицательным, в зависимости от типа кинезина. В общем, кинезины с N-концевыми моторными доменами перемещают свой груз к плюс-концам микротрубочек, расположенных на периферии клетки, тогда как кинезины с C-концевыми моторными доменами перемещают груз к минус-концам микротрубочек, расположенных в ядре. Известно четырнадцать различных семейств кинезинов с некоторыми дополнительными кинезиноподобными белками, которые нельзя отнести к этим семействам.[7]

Геномное представление кинезиновых моторов:[5]

Дайнейн

Динеины двигатели микротрубочек, способные ретроградный скользящее движение. Комплексы динеина намного крупнее и сложнее, чем двигатели кинезина и миозина. Динеины состоят из двух или трех тяжелых цепей и большого и переменного числа связанных легких цепей. Динеины управляют внутриклеточным транспортом к минус-концу микротрубочек, который находится в центре организации микротрубочек рядом с ядром.[8] Семья динеинов имеет две основные ветви. Аксонемальные динеины облегчают избиение реснички и жгутики за счет быстрых и эффективных скользящих движений микротрубочек. Другая ветвь - это цитоплазматические динеины, которые облегчают транспортировку внутриклеточных грузов. По сравнению с 15 типами аксонемального динеина только два цитоплазматический формы известны.[9]

Геномное представление динеиновых моторов:[5]

Двигатели для конкретных предприятий

В отличие от животные, грибы и несосудистые растения, клетки цветущие растения не хватает динеиновых двигателей. Однако они содержат большее количество разных кинезинов. Многие из этих специфичных для растений кинезиновых групп специализируются на функциях во время растительная клетка митоз.[10] Клетки растений отличаются от клеток животных тем, что имеют клеточная стенка. Во время митоза новая клеточная стенка строится путем образования клеточная пластина начиная с центра клетки. Этому процессу способствует фрагмопласт, массив микротрубочек, уникальный для митоза растительной клетки. Для построения клеточной пластинки и, в конечном итоге, новой клеточной стенки требуются кинезиноподобные моторные белки.[11]

Другой моторный белок, необходимый для деления растительных клеток, - это кинезин-подобный кальмодулин-связывающий белок (KCBP), который уникален для растений и частично кинезин, а частично миозин.[12]

Другие молекулярные моторы

Основная статья: Молекулярные моторы

Помимо моторных белков, описанных выше, существует еще много типов белков, способных генерировать силы и крутящий момент в камере. Многие из этих молекулярных моторов встречаются повсеместно в обоих прокариотический и эукариотический ячеек, хотя некоторые, например, связанные с цитоскелет элементы или хроматин, уникальны для эукариот. Моторный белок престин,[13] экспрессируется в наружных волосковых клетках улитки млекопитающих, вызывает механическое усиление в улитке. Это прямой преобразователь напряжения в силу, который работает с микросекундной скоростью и обладает пьезоэлектрическими свойствами.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хирокава Н., Такемура Р. (октябрь 2003 г.). «Биохимическая и молекулярная характеристика заболеваний, связанных с моторными белками». Тенденции в биохимических науках. 28 (10): 558–65. Дои:10.1016 / j.tibs.2003.08.006. PMID  14559185.
  2. ^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж, Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (01.01.2002). «Молекулярные моторы». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  3. ^ Хартман М.А., Спудич Ю.А. (апрель 2012 г.). «Краткий обзор суперсемейства миозинов». Журнал клеточной науки. 125 (Pt 7): 1627–32. Дои:10.1242 / jcs.094300. ЧВК  3346823. PMID  22566666.
  4. ^ Томпсон РФ, Лэнгфорд GM (ноябрь 2002 г.). "История эволюции надсемейства миозинов". Анатомический рекорд. 268 (3): 276–89. Дои:10.1002 / ар.10160. PMID  12382324.
  5. ^ а б c Vale RD (февраль 2003 г.). «Молекулярный моторный набор инструментов для внутриклеточного транспорта». Клетка. 112 (4): 467–80. Дои:10.1016 / S0092-8674 (03) 00111-9. PMID  12600311.
  6. ^ Верхей К.Дж., Кауль Н., Соппина В. (01.01.2011). «Сборка и движение кинезина в клетках». Ежегодный обзор биофизики. 40: 267–88. Дои:10.1146 / annurev-biophys-042910-155310. PMID  21332353.
  7. ^ Мики Х, Окада Й, Хирокава Н. (сентябрь 2005 г.). «Анализ суперсемейства кинезинов: понимание структуры и функции». Тенденции в клеточной биологии. 15 (9): 467–76. Дои:10.1016 / j.tcb.2005.07.006. PMID  16084724.
  8. ^ Робертс А.Дж., Кон Т., Найт П.Дж., Суто К., Берджесс С.А. (ноябрь 2013 г.). «Функции и механика моторных белков динеина». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология. 14 (11): 713–26. Дои:10.1038 / nrm3667. ЧВК  3972880. PMID  24064538.
  9. ^ Маллик Р., Гросс СП (ноябрь 2004 г.). «Молекулярные моторы: стратегии ладить». Текущая биология. 14 (22): Р971-82. Дои:10.1016 / j.cub.2004.10.046. PMID  15556858.
  10. ^ Ванстраелен М., Инзе Д., Гилен Д. (апрель 2006 г.). «Кинезины, специфичные для митоза у Arabidopsis». Тенденции в растениеводстве. 11 (4): 167–75. Дои:10.1016 / j.tplants.2006.02.004. HDL:1854 / LU-364298. PMID  16530461.
  11. ^ Смит LG (март 2002 г.). «Цитокинез растений: путь к финишу». Текущая биология. 12 (6): R206-8. Дои:10.1016 / S0960-9822 (02) 00751-0. PMID  11909547.
  12. ^ Abdel-Ghany SE, Day IS, Simmons MP, Kugrens P, Reddy AS (июль 2005 г.). «Происхождение и эволюция кинезиноподобного кальмодулин-связывающего белка». Физиология растений. 138 (3): 1711–22. Дои:10.1104 / pp.105.060913. ЧВК  1176440. PMID  15951483.
  13. ^ Даллос П., Факлер Б. (февраль 2002 г.). «Престин - новый тип моторного белка». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология. 3 (2): 104–11. Дои:10.1038 / nrm730. PMID  11836512.

внешняя ссылка