Białko motoryczne - Motor protein

Kinezyna chodząca po mikrotubulach wykorzystująca dynamikę białek w nanoskali

Białka motoryczne to klasa silników molekularnych, które mogą poruszać się wzdłuż cytoplazmy komórek zwierzęcych. Zamieniają one energię chemiczną w pracę mechaniczną przez hydrolizę z ATP . Natomiast rotacja wici jest napędzana przez pompę protonową .

Funkcje komórkowe

Najlepszym przykładem białka motorycznego jest miozyna białka mięśniowego, która "motoryzuje" skurcz włókien mięśniowych u zwierząt. Białka motoryczne są siłą napędową najbardziej aktywnego transportu z białkami i pęcherzyki w cytoplazmie . Kinezyny i dyneiny cytoplazmatyczne odgrywają zasadniczą rolę w transporcie wewnątrzkomórkowym, takim jak transport aksonów, oraz w tworzeniu aparatu wrzeciona i rozdzielaniu chromosomów podczas mitozy i mejozy . Dyneina aksonemalna , występująca w rzęskach i wiciach , ma kluczowe znaczenie dla ruchliwości komórek , np. plemników , oraz transportu płynów, np. w tchawicy.

Choroby związane z defektami białek motorycznych

Znaczenie białek motorycznych w komórkach staje się oczywiste, gdy nie spełniają one swojej funkcji. Na przykład niedobory kinezyny zostały zidentyfikowane jako przyczyna choroby Charcota-Marie-Tootha i niektórych chorób nerek . Braki dyneina może prowadzić do przewlekłych infekcji w drogach oddechowych , jak rzęsy nie funkcjonować bez dyneinowych. Liczne niedobory miozyny są związane ze stanami chorobowymi i zespołami genetycznymi. Ponieważ miozyna II jest niezbędna do skurczu mięśni, wady miozyny mięśniowej w przewidywalny sposób powodują miopatie. Miozyna jest niezbędna w procesie słyszenia ze względu na jej rolę we wzroście rzęsek słuchowych, dlatego defekty w strukturze białka miozyny mogą prowadzić do zespołu Ushera i niesyndromicznej głuchoty .

Cytoszkieletowe białka motoryczne

Białka motoryczne wykorzystujące cytoszkielet do ruchu dzielą się na dwie kategorie w zależności od ich substratu : mikrofilamenty lub mikrotubule . Aktyny silników, takich jak miozyny ruchu wzdłuż mikrowłókien przez oddziaływanie z aktyny i mikrotubul silników, takich jak dyneinowych i kinezyny ruch wzdłuż mikrotubul przez oddziaływanie z tubuliną .

Istnieją dwa podstawowe typy silników mikrotubulowych : silniki z biegunem dodatnim i silniki z biegunem ujemnym, w zależności od kierunku, w którym „chodzą” wzdłuż kabli mikrotubul w ogniwie.

Silniki aktynowe

Miozyna

Myosinsnadrodziną z aktyny białka motoryczne, które przekształcają energię chemiczną w postaci ATP na energię mechaniczną, a zatem generowania siły oraz ruchu. Pierwsza zidentyfikowana miozyna, miozyna II, odpowiada za generowanie skurczu mięśni . Miozyna II to wydłużone białko, które składa się z dwóch ciężkich łańcuchów z głowicami motorycznymi i dwóch lekkich łańcuchów. Każda głowa miozyny zawiera miejsce wiązania aktyny i ATP. Główki miozyny wiążą i hydrolizują ATP, który zapewnia energię do chodzenia w kierunku dodatniego końca filamentu aktynowego. Miozyna II jest również niezbędna w procesie podziału komórek . Na przykład, niemięśniowe, dwubiegunowe, grube włókna miozyny II zapewniają siłę skurczu potrzebną do podzielenia komórki na dwie komórki potomne podczas cytokinezy. Oprócz miozyny II za różnorodność ruchów komórek niemięśniowych odpowiada wiele innych typów miozyny. Na przykład miozyna bierze udział w organizacji wewnątrzkomórkowej i występowaniu struktur bogatych w aktynę na powierzchni komórki. Miozyna V bierze udział w transporcie pęcherzyków i organelli. Miozyna XI bierze udział w strumieniowaniu cytoplazmatycznym , w którym ruch wzdłuż sieci mikrowłókien w komórce umożliwia przepływ organelli i cytoplazmy w określonym kierunku. Znanych jest osiemnaście różnych klas miozyn.

Genomowa reprezentacja silników miozyny:

Silniki mikrotubulowe

Kinesin

Kinezyny są grupy pokrewnych białek motorycznych, które wykorzystują mikrotubul toru w wstecznemu ruchu. Są one niezbędne do tworzenia wrzecion w separacji chromosomów mitotycznych i mejotycznych podczas podziału komórki, a także są odpowiedzialne za przemieszczanie mitochondriów , ciał Golgiego i pęcherzyków w komórkach eukariotycznych . Kinezyny mają dwa łańcuchy ciężkie i dwa łańcuchy lekkie na aktywny silnik. Dwie domeny silnika kulistego głowy w łańcuchach ciężkich mogą przekształcać energię chemiczną hydrolizy ATP w pracę mechaniczną, aby poruszać się wzdłuż mikrotubul. Kierunek, w którym przewożony jest ładunek, może być w kierunku dodatnim lub ujemnym, w zależności od rodzaju kinezyny. Ogólnie rzecz biorąc, kinezyny z N-końcowymi domenami motorycznymi przesuwają swój ładunek w kierunku dodatnich końców mikrotubul znajdujących się na obrzeżach komórki, podczas gdy kinezyny z C-końcowymi domenami motorycznymi przesuwają ładunek w kierunku ujemnych końców mikrotubul zlokalizowanych w jądrze. Znanych jest czternaście odrębnych rodzin kinezyn, z pewnymi dodatkowymi białkami podobnymi do kinezyn, których nie można zaklasyfikować do tych rodzin.

Reprezentacja genomowa silników kinezynowych:

Dynein

Dyneiny to silniki mikrotubulowe zdolne do wstecznego ruchu ślizgowego. Kompleksy dyneinowe są znacznie większe i bardziej złożone niż silniki kinezynowe i miozyny. Dyneiny składają się z dwóch lub trzech łańcuchów ciężkich oraz dużej i zmiennej liczby powiązanych łańcuchów lekkich. Dyneiny kierują transportem wewnątrzkomórkowym w kierunku ujemnego końca mikrotubul, który znajduje się w centrum organizującym mikrotubule w pobliżu jądra. Rodzina dynein ma dwie główne gałęzie. Dyneiny aksonemalne ułatwiają bicie rzęsek i wici poprzez szybkie i wydajne ruchy ślizgowe mikrotubul. Kolejną gałęzią są dyneiny cytoplazmatyczne, które ułatwiają transport ładunków wewnątrzkomórkowych. W porównaniu z 15 typami aksonemalnej dyneiny znane są tylko dwie formy cytoplazmatyczne .

Genomowa reprezentacja silników dynein:

Silniki specyficzne dla zakładu

W przeciwieństwie do zwierząt , grzybów i roślin nienaczyniowych , komórki roślin kwiatowych pozbawione są silników dyneinowych. Zawierają jednak większą liczbę różnych kinezyn. Wiele z tych specyficznych dla roślin grup kinezyn jest wyspecjalizowanych w funkcjach podczas mitozy komórek roślinnych . Komórki roślinne różnią się od komórek zwierzęcych tym, że mają ścianę komórkową . Podczas mitozy nowa ściana komórkowa jest budowana przez tworzenie płytki komórkowej rozpoczynającej się w środku komórki. Proces ten ułatwia fragmoplast , układ mikrotubul unikalny dla mitozy komórek roślinnych. Budowa płytki komórkowej i ostatecznie nowej ściany komórkowej wymaga białek motorycznych podobnych do kinezyny.

Innym białkiem motorycznym niezbędnym do podziału komórek roślinnych jest podobne do kinezyny białko wiążące kalmodulinę (KCBP), które jest unikalne dla roślin i częściowo kinezyny, a częściowo miozyny.

Inne silniki molekularne

Oprócz powyższych białek motorycznych istnieje wiele innych rodzajów białek zdolnych do generowania sił i momentu obrotowego w komórce. Wiele z tych silników molekularnych jest wszechobecnych zarówno w komórkach prokariotycznych, jak i eukariotycznych , chociaż niektóre, takie jak te związane z elementami cytoszkieletu lub chromatyną , są unikalne dla eukariontów. Prestyna białka motorycznego , ulegająca ekspresji w zewnętrznych komórkach rzęsatych ssaków, powoduje mechaniczne wzmocnienie w ślimaku. Jest to bezpośredni konwerter napięcia na siłę, który działa z częstotliwością mikrosekund i posiada właściwości piezoelektryczne.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki