е) взаимодействие с маэмолеммоЯ *) РеryЛЯЦМJl полимеризации - деnonммермэацми.

Режущие белки, относящиеся к регуляторным АСБ, присоединяются к F-актину и вызывают его деполимери­зацию или фрагментацию (разрезание длинной нити на несколько более коротких) (рис. 5д).

Часть таких белков (гельзолин, виллин) не требуют для своей функции ионов Са2+, Т.е. являются Са1'-независuмыми. Они взаимодей­ствуют с плюс-концом МФ, блокируя полимеризацию, и индуцируют фрагментацию МФ.

Другая группа режущих белков (фрагмин, северин) представлена Са}' -зависимыми белками, активирующимися при определенной кон­центрации этого иона. Они также присоединяются к· плюс-концу и раз­резают МФ на короткие фрагменты. Благодаря этому при значительных концентрациях Са2+ в периферической гиалоплазме возможна «взрыв­ная» (очень быстрая) деполимеризация МФ.

Большинство режуши.х белков - это мономеры с молекулярной массой 45-95 кДа). Однако обнаружены и низкомолекулярные предста­вители этой группы, например, актиндеполимеризующий фактор (19 кДа). Этот белок связывает G-актин, после чего приобретает способ­ность к фрагментации МФ.

Актиновые МФ в аСС выполняют пространственно­организующую функцию, являясь одним из элементов ци­тоскелета. В частности, они способны взаимодействовать с интегральными белками плазмалеммы и тем самым огра­ничивать их подвижность в БЛС. С помощью МФ, соеди­няющих мембранные белки, осуществляется определенная пространственная ориентация таких белков по отношению друг к другу в плазмалемме.

Отдельные МФ в клетке могут взаимодействовать друг с другом и формировать сложные структуры. Такое взаимодействие осуществляется с помощью особой груп­пы АСБ - сшивающих белков.

К первой подгруппе сшивающих белков относят элон­гирующие белки, структура и функции которых практиче­ски не изучены. Тем не менее, при определенных условиях они вызывают объединение коротких фрагментов F-актина в длинную МФ, Т.е. индуцируют быструю полимеризацию.

Вторая подгруппа сшивающих белков (фасции, фимбрин, виллин и др.) обеспечивает образование пучков МФ. Они, как

правило, 'являются мономерными и соединяют МФ парал­лельно друг другу - формируют пучок МФ. В зависимости от строения белка, могут образовываться плотные пучки МФ (нити натяжения) (рис. 5б) или рыхлые пучки МФ (рис. 5в).

Третья подгруппа сшивающих белков представлена гомо­димерами (филамин; а-актинии, фодрин, актияогелин и др.), с помощью которых образуются сети МФ. эту подгруппу бел­ков называют желактирующими белками, или желактина­ми. Данные белки каждым из своих протомеров взаимодейст­вуют с одной МФ, объединяя их непараллельно, в результате чего формируются трехмерные сети МФ, расположенные в пе­риферической гиалоплазме (рис. 5г).

Еще одну группу АСБ, которую можно отнести к сши­вающим белкам, представляют якорные белки. Функцией таких, в большинстве мономерных, белков (винкупин, та­лии, спектрин и др.) является прикрепление отдельных МФ, их пучков и сетей к белкам плазмалеммы (рис. 5е). Большинство якорных белков взаимодействует с внутрен­ними участками МФ, однако, существуют и якорные белки, фиксирующие концы МФ или пучков МФ. Такие белки можно относить и к кэпирующим белкам.

Действие сшивающих белков регулируется клеткой: они могут быть инактивированы либо путем расщепления с помощью ферментов протеаз, либо путем фосфорилирования с по- мощью протеинкиназ.

Пучки И сети МФ, как и отдельные МФ, являются элемен­тами цитоскелета в составе СОСА. Сети МФ могут выпол­нять и пространственно-организующую роль в отношении белков плазмалеммы, определяя их взаимное расположение в билипидном слое и ограничивая их подвижность.

Пучки актиновых МФ, прикрепляясь концами к опреде­ленным белкам плазмалеммы, выполняют функции нитей натяжения, или стресс-фибрилл, обеспечивая противодей­ствие осмотическому давлению, направленному на увеличе­ние объема клетки.

При разрезании нитей натяжения лазерным лучом происходит набухание (увеличение объема цитоплазмы)

15

клеток, которое может приводить к разрыву плазма­леммы и цитолuзу (разрушению клетки).

Аналогичные последствия вызывает внеклеточная гипотоническая среда (раствор с низкой концентрацией солей). В этом случае в клетку через плазмалемму начи­нает поступать большое количество молекул воды, внутриклеточное давление на плазмалемму резко воз­растает и сгресс-фибриллы не справляются со своей функцией.

В клетках эпителия тонкой кишки пучки актиновых МФ являются ске­летной основой микроворсинок, увеличивающих площадь поверхности этих клеток, которые осуществляют пристеночное пищеварение и всасывание его продуктов. МФ таких пучков соединены сши-вающими белками (виллин и фuмбрuн) И С помощью якорного белка соединены с мембранным белком участка плазмалеммы, входящего в состав микроворсинки (рис. 6).

Рисунок 6:

МI

MI - миозин

мв - никроворсинки МФ - ммкрофМбриллы Г - головка

Ш - wарнирная часть Х - ХВОСТ

Специализированные рецепторные клетки внутреннего уха, вОЛОСК06ые клетки, выполняющие функцию рецепции звуковых сигналов, имеют сте­реоцилии, содержащие пучок актиновых МФ, соединенный с участками плазмалеммы. С помощью стереоцилий осуществляется восприятие звуко­вых колебаний даже с очень низкой амплитудой (до 1 нм),

Обнаружены химические вещества, влияющие на полимеризацию МФ. Например, метаболиты некоторых грибов цитохалазины (низкомолекулярные гетероцик­лические соединения), попав в клетку, взаимодействуют с молекулами свободного G-актина. Такой комплекс присоединяется к плюс-концу МФ, блокируя полимери­зацию F-актина, что при водит к его деполимеризации (разрушению МФ).

Циклический пептид фаллоидин (токсин гриба блед­ной поганки) взаимодействует сразу с F-актином, вызы­вая его суперстабилизацию. В результате МФ теряют способность к деполимеризации, т.е, к перестройке, не­обходимой в определенных ситуациях.

Известны наследственные болезни, обусловленные дефектами АСБ. К ним относится один ИЗ видов мио­дистрофии (слабости скелетных мышц) - миодистро­ фия Дюшена. Причина этой болезни - дефицит или нарушение структуры якорного АСБ, названного дистрофином.

К 8-13 годам больные данной миодистрофией теряют способность ходить, а в более позднем возрасте многие из них погибают от дыхательной или сердечной недоста­точности на фоне респираторных инфекционных забо­леваний.

Дистрофин - полипептид, включающий 3685 аминокислотных остат­ков и формирующий 4 домена. Один из доменов имеет структуру, сходную с известным сшивающим АСБ а-актинином. Главной функцией дистрофина является прикрепление комплекса актиновых МФ к белкам плазмалеммы.

В мышечных клетках этот белок необходим для фиксации миофибрилл (сократительных мышечных фибрилл) к плазмалемме мышечного волокна (сарколемме). Дефекты структуры дистрофина вызывают нарушение сокра­тительной функции мышечных клеток, что и приводит К развитию симпто­мов миодистрофии.

Актиновые МФ в клетке являются не только элемента­M~ цитоскелета, но и компонентами одной из универсаль­ных двигательных внутриклеточных систем - актомиози­новой системы (АМС). В состав АМС входит также двига­тельный белок миозин. В настоящее время известны 3 вари­анта этого белка: миозин 1 (кодноголовый» миозин), миозин Il (кдвухголовый» миозин) и миозин V (сдвухголовый» миозин с V -образным стержнем).

Миозин II (МlI) представляет собой гетерогексамер, молекулярная масса которого достигает 500 кДа. В молекуле имеется 3 разных типа цепей (полипептидов): тяжелая цепь (ТЦ), легкая структурную цепь (ЛСЦ) и легкая регуляторная цепь (ЛРЦ). Таким образом, в молекуле MII присутствуют по две одинаковых ТЦ, ЛСЦ и лрц.

ТЦ (1200 аминокислотных остатков) имеет 2 домена: глобулярный (го­ловку), включающий чуть больше 800 аминокислотных остатков, и фибрил­лярный (стержень), длина которого составляет 150 нм, а толщина - 2 нм. Глобулярная ЛСЦ взаимодействует с ТЦ в проксимальной области головки, а ЛРЦ - на границе головки и стержня. Молекулярная масса каждой из ЛЦ составляет около 20 кДа.

При образовании МJI 3 разных полипептида формируют гетеротример с крупной глобулярной головкой и длинным фибриллярным стержнем (рис. 7). Стержень такого триме­ра является п-спирапьным, благодаря чему стержневые уча­стки двух одинаковых тримеров взаимодействуют друг с другом. В результате этого формируется молекула MII, со­стоящая из двух головок и общего двухспирального стержня (рис.7а).

в жестком стержне МII имеются 2 гибких (шарнирных) участка - в се­редине стержня и на его границе с головкой. Они обеспечивают изменение положения головки по отношению к стержню, а также сгибание стержня в его центральном участке.

Главная функция стержня - формирование миозино­вых филаментов. В немышечных клетках и клетках гладких мышц образуются тонкие миозиновые фила­ менты путем взаимодействия двух молекул MII своими дистальными участками стержня по принципу «хвост к хвосту». В результате этого формируется тонкий миози­новый филамент, на обоих концах которого находятся двойные головки (рис. 7б). В клетках исчерченных мышц (скелетных и сердечной) обнаруживаются более длинные толстые миозиновые филаменты. Они состоят из большо­го количества молекул MII, взаимодействующих друг с другом двумя способами (рис. 7в).

Первый из них - антипараллельный, характерный для образования и тонких миозиновых филаментовЛри втором способе молекулы МII объеди­няются параллельно друг другу различными районами дистальной части стержня.

В результате таких взаимодействий формируется биполярный толстый миозиновый филамент. В центре филамента расположена ЗОI1а, не имеющая головок, а на концах - две зоны, на поверхности которых спирально расгюло­жены многочисленные (около 500) двойные миозиновые головки.

Функции миозиновых головок обусловлены наличием в каждой из них А Тфазного центра и нескольких актинсея­зывающих центров. В АТФазном центре осуществляется присоединение и гидролиз А ТФ (А ТФазная реакция, кото­рая является Mg²+-зависимоЙ). В ходе АТФазной реакции происходит изменение конформации головки, в результате чего изменяется ее сродство к F-актину и положение по от­ношению к стержню, что позволяет головке «шагать» по МФ (рис. 8).

Находясь в комплексе с А ТФ, головка миозина не обладает сродством к F-актину. Гидролиз АТФ приводит к тому, что вАТФазном центре оказы­вается комплекс АДФ·Ф, (неорганический фосфат), вызывающий изменение конформации головки. Новое конформационное состояние головки характе­ризуется активацией ее актинсвязывающих центров, в результате чего го­ловка взаимодействует с F-актином.

Связывание головки с F-актином при водит к дальнейшему изменению ее конформации и выводу Ф, из А ТФазного центра. Следствием этого явля­ется формирование сильных связей между головкой миозина и r-актином, изменяющее положение головки по отношению к стержню миозина (осуще­ствление рабочего хода головки). Таким образом, рабочий ход головки обес­печивает движение молекулы миозина по F-актину.

Новый цикл работы АМС начинается с замены АДФ в головке миозина на молекулу АТФ. это событие приводит к изменению конформации голов­ки, потере ее связи с F-актином и возвращению в исходное положение по отношению к стержню. В результате головка миозина после гидролиза А ТФ получает возможность взаимодействовать с другим участком F-актина и де­лать очередной шаг по МФ в направлении от ее минус-конца к плюс-концу.

16

PUCVIlOK 7:

В)

миозин n (МII) и его про_с. а) Crpoeииc IЮDel<)'JIJoI МII б) ТoвпII МW(I1IПIO •••• фllJ8МeШ В) ТoлcndIlOЮЗIIВOIIwJI фlDlUlсиr

С - crep:aсиь

Ш - шapивpвu оБJIIICIЬ Г - I'0JJ08J<В

PUCVIlOK 8:

МФ

PUCVIIOK 9:

Строение саркомера

МФ - МИКРОфибриллы

ТМФ - толстые миозиновые филаменты. Z - Z диск

Реально в состав АМС входят не отдельные молекулы MII, э миозиновые филаменты (тонкие или толстые) с головками на обоих концах - биполярные миозиновые филаменты. С од­ЧОЙ стороны, это дает возможность взаимодействия с двумя

или более) параллельно расположенными МФ. Однако, с дру­-ой стороны, головки таких миозиновых филаментов должны шагать» по МФ в разных направлениях.

В результате этого происходит движение не миозиновых C'Lla.\1eHTOB по МФ, а МФ по отношению к миозиновому ~:. "-lа~tенту, причем разные МФ перемещаются в противопо­_-~жных направлениях. Таким образом, миозиновые фила­~ енгы в АМС обеспечивает взаимное скольжение МФ, СВЯ­t::..-"'!bl.\ с головками разных концов миозинового филамента.

Ес..1И концы МФ прикреплены к белкам плазмалеммы, .. ~ -\.\1С приводит к их сближению в БЛС слое, что .... _:;~ нкциональное значение для определенных мем­ -: - - -;х белов. Когда мембранные белки или белковые.:.....~~cы зафиксированы в плазмалемме достаточно же-

Схема работы актомиозиновоА системы М - миозин

МФ - микрофибрилла

Фн - неорганический фосфат

стко, действие АМС приводит к сокращению клетки, что является важнейшей функцией мышечных клеток.

В клетках исчерченной мускулатуры функциональной единицей АМС, обеспечивающей процесс сокращения, яв­ляется саркомер (рис. 9). Его границы формируются попе­речно расположенными белковыми Z-дuскамu. От каждого из этих дисков навстречу друг другу отходят многочислен­ные МФ, которые в скелетной мускулатуре прикрепляются к дискам молекулами фибриллярного белка небулина, рас­положенными вдоль МФ. В клетках сердечной мышцы не­булин отсутствует.

МФ прикреплены и к сложному гликопротеину плаз­малеммы с помощью белка дистрофина. Толстые миози­новые филаменты расположены между МФ и прикрепля­ются одновременно к обоим дискам специальным белком коннексином (тайтином).

Наследственные дефекты дистрофина при водят к развитию миодистрофий - болезней, характеризую-

17