Back to chapter

4.14:

Механические функции белков

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Mechanical Protein Functions

Languages

Share

Белки выполняют разнообразные механические функции, включая и те, которые осуществляют движение клеток и мышечные сокращения. Как и перенос молекул между различными местами внутри и снаружи клетки. Механические функции белка осуществляются за счёт конверсии химической энергии в механическую работу благодаря конформационным изменениям структуры белка.В пределах белковой области, простые химические изменения, такие, как гидролиз связанных молекулы, ATФ или ГТФ, может привести к конформационным изменениям, которые создают значительно большие движения в белке. Гидролиза АТФ запускает моторный белок, миозин, который действует как рычаг для вытягивания актиновых филаментов, и заставляет мышцы контрактировать. Геликазы, которые разматывают ДНК во время репликации и транскрипции, Также используют ATФ для разрушения водородных связей и движения вдоль цепочки ДНК.В рибосоме много белков работают вместе как машина для синтеза новых белков. Гидролиз ГТФ позволяет фактору удлинения, EF-Tu перенести молекулу тРНК к рибосоме. Таким образом, аминокислота может быть добавлена к растущей белковой цепочке.тРНК связана с EF-Tu когда ГТФ связан. При гидролизе ГТФ в гуанозиндифосфат освобождение фосфатной группы приводит к небольшому конформационному изменению внутри или рядом с ним место связывания нуклеотидов. Этот небольшой сдвиг заставляет альфа-спираль, расположенную на интерфейсе домена ГТФ-азы и двух других доменов изменеть положения.Движение этой спирали заставляет два домена открыться и на освободить связанную тРНК.

4.14:

Механические функции белков

Белки выполняют множество механических функций в клетке. Эти белки можно разделить на две основные категории: белки, которые создают механические силы, и белки, которые подвергаются механическим воздействиям. Белки, обеспечивающие механическую поддержку структуры клетки, такие как кератин, подвергаются механической силе, в то время как белки, участвующие в движении клетки и транспортировке молекул через мембраны клетки, такие как ионный насос, являются примерами создания механической силы. 

Такие функции, как движение клетки и сокращение мышц, требуют преобразования химической энергии в механическую, обычно через конформационные изменения. Например, гидролиз нуклеозидтрифосфатов, таких как АТФ и ГТФ, может привести к небольшому конформационному изменению, которое усиливается до серьезных структурных изменений.  Например,  EF-Tu — это белок с тремя отдельными доменами, который переносит молекулу тРНК в рибосому.  Один из доменов связывает ГТФ, а гидролиз ГТФ до ГДФ приводит к конформационному изменению сайта связывания нуклеотидов из-за высвобождения неорганического фосфата. Это запускает движение альфа-спирали, которая расположена в участке контакта ГТФ-домена и двух других доменов, изменяя относительное положение доменов относительно друг друга.  Это позволяет белку высвободить тРНК, удерживаемую тремя доменами в участке контакта, тем самым позволяя ей переместиться в рибосому.

Некоторые белки, такие как актин, обеспечивают множество типов механических функций.  Например, актин действует как дорожка, по которой движется механический белок миозин. В зависимости от типа миозин может выполнять различные функции, такие как притягивание актиновых волокон или транспортировка прикрепленной органеллы вдоль волокна.  Как часть цитоскелета, актиновые филаменты действуют в качестве механической опоры для клеточной структуры.  Во время движения клетки эти нити оказывают давление на клеточную мембрану, заставляя клетку формировать филоподии и ламеллиподии, расширения клеточной мембраны, которые позволяют клетке мигрировать в новое место. Ученые разработали такие методы, как оптический пинцет, с помощью которых можно измерить силу, создаваемую актином при деформации мембраны.

Suggested Reading

  1. Alberts et al., 6th edition; pages 160-165
  2. Medical Cell Biology, 3rd Edition, pages 59
  3. Oberhauser, A. F., & Carrión-Vázquez, M. (2008). Mechanical biochemistry of proteins one molecule at a time. The Journal of biological chemistry, 283(11), 6617–6621. doi:10.1074/jbc.R700050200
  4. Bustamante, Carlos, Yann R. Chemla, Nancy R. Forde, and David Izhaky. “Mechanical Processes in Biochemistry.” Annual Review of Biochemistry 73, no. 1 (2004): 705–48. https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.72.121801.161542.
  5. Farrell, Brenda, Feng Qian, Anatoly Kolomeisky, Bahman Anvari, and William E. Brownell. “Measuring Forces at the Leading Edge: a Force Assay for Cell Motility.” Integrative Biology 5, no. 1 (2012): 204–14. https://doi.org/10.1039/c2ib20097j.