Myosin - Myosin

En del av myosin II -strukturen. Atomer i den tunga kedjan är rosa (på vänster sida); atomer i ljuskedjorna är färgade bleka-orange och bleka-gula (även på vänster sida).

Myosiner ( / m aɪ ə s ɪ n , - oʊ - / ) är en superfamilj av motorproteiner mest kända för deras roller i muskelsammandragning och i ett stort antal andra motilitet processer i eukaryoter . De är ATP -beroende och ansvarig för aktin baserad rörlighet. Termen användes ursprungligen för att beskriva en grupp liknande ATPaser som finns i cellerna i både strimmig muskelvävnad och glatt muskelvävnad . Efter upptäckten av Pollard och Korn (1973) av enzymer med myosin liknande funktion i Acanthamoeba castellanii , en global rad olika myosin gener har upptäckts i hela sfären av eukaryoter.

Även om myosin ursprungligen trodde var begränsat till muskelceller (därav myo- (s) + -in ), finns det inget enda "myosin"; snarare är det en mycket stor superfamilj av gener vars proteinprodukter delar de grundläggande egenskaperna hos aktinbindning, ATP -hydrolys (ATPas -enzymaktivitet) och krafttransduktion. Praktiskt taget alla eukaryota celler innehåller myosinisoformer . Vissa isoformer har specialiserade funktioner i vissa celltyper (såsom muskler), medan andra isoformer är allestädes närvarande. Myosins struktur och funktion bevaras globalt över arter, i den mån kaninmuskelmyosin II kommer att binda till aktin från en amöba .

Struktur och funktioner

Domäner

De flesta myosinmolekyler består av en huvud- , nacke- och svansdomän.

  • Den huvud-domänen binder den filamentösa aktin , och använder ATP hydrolys för att generera kraft och att "vandra" längs filamentet mot hullingförsedda (+) änden (med undantag av myosin VI, som rör sig mot den spetsiga (-) änden).
  • den hals domänen fungerar som en linker och som en hävarm för transducerande kraft som alstras av den katalytiska motor domänen. Halsdomänen kan också fungera som en bindningsplats för myosinlätta kedjor som är distinkta proteiner som utgör en del av ett makromolekylärt komplex och i allmänhet har reglerande funktioner.
  • Den svansdomän medierar allmänhet interaktion med cargo-molekyler och / eller andra myosin subenheter . I vissa fall kan svansdomänen spela en roll för att reglera motorisk aktivitet.

Kraftslag

Huvudartikel: Muskelkontraktion

Flera myosin II -molekyler genererar kraft i skelettmuskeln genom en kraftslagningsmekanism som drivs av energin som frigörs från ATP -hydrolys. Kraftslaget inträffar vid frisättning av fosfat från myosinmolekylen efter ATP -hydrolysen medan myosin är tätt bundet till aktin. Effekten av denna frisättning är en konformationsförändring i molekylen som drar mot aktinet. Frisättningen av ADP-molekylen leder till det så kallade rigorstillståndet för myosin. Bindningen av en ny ATP -molekyl kommer att frigöra myosin från aktin. ATP -hydrolys i myosinet kommer att få det att binda till aktin igen för att upprepa cykeln. Den kombinerade effekten av de otaliga kraftslagen får muskeln att dra ihop sig.

Nomenklatur, evolution och släktträdet

Myosin olovigt fylogenetiskt träd

Den stora variationen av myosingener som finns i hela den eukaryota phyla namngavs enligt olika scheman när de upptäcktes. Nomenklaturen kan därför vara något förvirrande när man försöker jämföra funktionerna för myosinproteiner inom och mellan organismer.

Skelettmuskelmyosin, den mest iögonfallande av myosinöverfamiljen på grund av dess överflöd i muskelfibrer , var den första som upptäcktes. Detta protein utgör en del av sarkomeren och bildar makromolekylära filament som består av flera myosinunderenheter. Liknande filamentbildande myosinproteiner hittades i hjärtmuskel, glatta muskler och icke-muskelceller. Men från och med 1970 -talet började forskare upptäcka nya myosingener i enkla eukaryoter som kodade proteiner som fungerade som monomerer och därför fick rubriken klass I -myosiner. Dessa nya myosiner kallades kollektivt "okonventionella myosiner" och har hittats i många andra vävnader än muskler. Dessa nya superfamiljmedlemmar har grupperats enligt fylogenetiska förhållanden härledda från en jämförelse av aminosyrasekvenserna i deras huvuddomäner, där varje klass tilldelats en romersk siffra (se fylogenetiskt träd). De okonventionella myosinerna har också divergerande svansdomäner, vilket tyder på unika funktioner. Det nu varierade utbudet av myosiner har troligen utvecklats från en föregångare (se bild).

Analys av aminosyrasekvenserna för olika myosiner visar stor variation mellan svansdomänerna, men stark bevarande av huvuddomänersekvenser. Förmodligen är detta så att myosinerna via deras svansar kan interagera med ett stort antal olika laster, medan målet i varje fall - att röra sig längs aktinfilament - förblir detsamma och kräver därför samma maskineri i motorn. Till exempel, den humana genomet innehåller över 40 olika myosin gener .

Dessa skillnader i form bestämmer också med vilken hastighet myosiner kan röra sig längs aktinfilament. Hydrolysen av ATP och den efterföljande frisättningen av fosfatgruppen orsakar "kraftslag", i vilket "spakarmen" eller "halsen" i den tunga kedjan dras framåt. Eftersom kraftslaget alltid förflyttar hävstångsarmen med samma vinkel, bestämmer hävarmens längd lastens förskjutning i förhållande till aktinfilamentet. En längre spakarm kommer att få lasten att korsa ett större avstånd trots att spaken genomgår samma vinkelförskjutning - precis som en person med längre ben kan röra sig längre med varje enskilt steg. Hastigheten hos en myosinmotor beror på den hastighet med vilken den passerar genom en fullständig kinetisk cykel av ATP -bindning till frisättningen av ADP.

Myosin klasser

Myosin I

Myosin I, ett allestädes närvarande cellulärt protein, fungerar som monomer och fungerar vid vesikeltransport . Den har en stegstorlek på 10 nm och har antagits vara ansvarig för stereociliernas anpassningssvar i innerörat.

Myosin II

Glidande filamentmodell för muskelsammandragning.

Myosin II (även känd som konventionellt myosin) är myosintypen som ansvarar för att producera muskelsammandragning i muskelceller i de flesta djurcelltyper. Det finns också i icke-muskelceller i kontraktila buntar som kallas stressfibrer .

  • Myosin II innehåller två tunga kedjor , var och en med cirka 2000 aminosyror i längd, som utgör huvud- och svansdomänerna. Var och en av dessa tunga kedjor innehåller den N-terminala huvuddomänen, medan C-terminalens svansar tar på sig en spiralformad morfologi och håller ihop de två tunga kedjorna (föreställ dig två ormar lindade runt varandra, som i en caduceus ). Således har myosin II två huvuden. Den mellanliggande hals domänen är den region skapa vinkeln mellan huvud och svans. I glatt muskulatur kodar en enda gen ( MYH11 ) för de tunga kedjorna myosin II, men skarvvarianter av denna gen resulterar i fyra distinkta isoformer.
  • Den innehåller också 4 myosin lätta kedjor (MLC), vilket resulterar i 2 per huvud, väger 20 (MLC 20 ) och 17 (MLC 17 ) kDa . Dessa binder de tunga kedjorna i "hals" -området mellan huvudet och svansen.
    • MLC 20 är också känd som den regulatoriska lätta kedjan och deltar aktivt i muskelsammandragning .
    • MLC 17 är också känd som den viktiga lätta kedjan . Dess exakta funktion är oklar, men antas bidra till myosinhuvudets strukturella stabilitet tillsammans med MLC 20 . Två varianter av MLC 17 (MLC 17a/b ) existerar som ett resultat av alternativ splitsning vid MLC 17 -genen.

I muskelceller går de långa spolade svansarna i de enskilda myosinmolekylerna samman och bildar de tjocka filamenten i sarkomeren . De kraftproducerande huvuddomänerna sticker ut från sidan av det tjocka filamentet, redo att gå längs de intilliggande aktinbaserade tunna filamenten som svar på rätt kemiska signaler.

Ytterligare information: Muskelkontraktion
Mer information: Meromyosin

Myosin III

Myosin III är en dåligt förstådd medlem i myosinfamiljen. Det har studerats in vivo i ögonen på Drosophila , där det anses spela en roll vid fototransduktion . En human homologgen för myosin III, MYO3A , har upptäckts genom Human Genome Project och uttrycks i näthinnan och cochlea .

Myosin IV

Myosin IV har ett enda IQ-motiv och en svans som saknar någon spiralformad sekvens. Den har homologi som liknar svansdomänerna i Myosin VII och XV.

Myosin V

Kristallstruktur av myosin V-motor med väsentlig lätt kedja-nukleotidfri

Myosin V är en okonventionell myosinmotor, som är processiv som en dimer och har en stegstorlek på 36 nm. Det translokerar (går) längs aktinfilament som rör sig mot trådens ände (+ ände). Myosin V är involverad i transport av last (t.ex. RNA, vesiklar, organeller, mitokondrier) från cellens mitt till periferin, men har dessutom visat sig fungera som en dynamisk bindare, som behåller vesiklar och organeller i de aktinrika periferin av celler. En ny in vitro rekonstitutionsstudie med en enda molekyl om montering av aktinfilament tyder på att Myosin V färdas längre på nymonterad (ADP-Pi-rik) F-aktin, medan processiva körlängder är kortare på äldre (ADP-rika) F-aktin.

Myosin VI

Tillståndet för myosin VI från PDB 2V26 före kraftslaget

Myosin VI är en okonventionell myosinmotor, som främst är processiv som en dimer, men också fungerar som en icke -bearbetad monomer. Den går längs aktinfilament och reser mot filamentens spetsiga ände (- ände). Myosin VI tros transportera endocytiska vesiklar in i cellen.

Myosin VII

Myosin VII är ett okonventionellt myosin med två FERM -domäner i svansregionen . Den har en förlängd spakarm bestående av fem calmodulinbindande IQ -motiv följt av en enda alfa -helix (SAH) Myosin VII krävs för fagocytos i Dictyostelium discoideum , spermatogenes i C. elegans och stereociliabildning hos möss och zebrafiskar.

Myosin VIII

Myosin VIII är ett plantspecifikt myosin kopplat till celldelning; specifikt är det involverat i att reglera flödet av cytoplasma mellan celler och vid lokalisering av vesiklar till phragmoplasten .

Myosin IX

Myosin IX är en grupp motorhuvudproteiner med en huvud. Det visade sig först vara minus-end-riktat, men en senare studie visade att det är plus-end-riktat. Rörelsemekanismen för detta myosin är dåligt förstådd.

Myosin X

Myosin X är en okonventionell myosinmotor som fungerar som dimer . Dimeriseringen av myosin X tros vara antiparallell. Detta beteende har inte observerats i andra myosiner. I däggdjursceller befinner sig motorn lokalisera till filopodia . Myosin X går mot glödtrådens ändar. Viss forskning tyder på att det företrädesvis går på buntar av aktin, snarare än enstaka trådar. Det är den första myosinmotorn som har visat detta beteende.

Myosin XI

Myosin XI styr rörelsen av organeller som plastider och mitokondrier i växtceller. Det är ansvarigt för den ljusstyrda rörelsen av kloroplaster enligt ljusintensitet och bildandet av stromuler som förbinder olika plastider. Myosin XI spelar också en nyckelroll i polar rot spetsen tillväxt och är nödvändig för korrekt rot hår förlängning. En specifik Myosin XI som hittades i Nicotiana tabacum upptäcktes vara den snabbast kända processiva molekylmotorn som rör sig vid 7μm/s i 35 nm steg längs aktinfilamentet .

Myosin XII

Myosin XIII

Myosin XIV

Denna myosingrupp har hittats i Apicomplexa phylum. Myosinerna lokaliseras till plasmamembran hos de intracellulära parasiterna och kan sedan vara involverade i cellinvasionen.

Detta myosin finns också i den cilierade protozoen Tetrahymena thermaphila . Kända funktioner inkluderar: transport av fagosomer till kärnan och stör den utvecklingsreglerade eliminering av makronukleus under konjugering.

Myosin XV

Myosin XV är nödvändigt för utvecklingen av aktinkärnstrukturen hos den icke-rörliga stereocilien i innerörat. Det anses vara funktionellt som en monomer.

Myosin XVI

Myosin XVII

Myosin XVIII

MYO18A En gen på kromosom 17q11.2 som kodar för aktinbaserade motormolekyler med ATPas-aktivitet, som kan vara involverad i att upprätthålla stromacellställningar som krävs för att upprätthålla intercellulär kontakt.

Gener hos människor

Observera att inte alla dessa gener är aktiva.

Myosin lätta kedjor är distinkta och har sina egna egenskaper. De betraktas inte som "myosiner" utan är komponenter i de makromolekylära komplexen som utgör de funktionella myosin -enzymerna.

Paramyosin

Paramyosin är en stor, 93-115kDa muskelprotein som har beskrivits i ett antal skiftande invertebrate phyla. Ryggradslösa tjocka filament tros vara sammansatta av en inre paramyosinkärna omgiven av myosin. Myosinet interagerar med aktin , vilket resulterar i fiberkontraktion. Paramyosin finns i många olika ryggradslösa arter, till exempel Brachiopoda , Sipunculidea , Nematoda , Annelida , Mollusca , Arachnida och Insecta . Paramyosin är ansvarig för "fångst" -mekanismen som möjliggör ihållande sammandragning av muskler med mycket liten energiförbrukning, så att en mussla kan förbli stängd under längre perioder.

Referenser

Vidare läsning

Ytterligare bilder

  • Fas 1

  • Fas 2

  • Fas 3

  • Fas 4

externa länkar