Актин: полимеризация: введение
Важным свойством актина является его способность к полимеризации с образованием линейного полимера - F-актина ( Bershadsky A.D., Vasiliev J.M., 198 , Korn E.D., Carlier M.-F., 1987 ). In vitro мономерный актин может существовать в растворе с низкой ионной силой. Полимеризация индуцируется добавлением 1 mM кальция или магния или при повышении ионной силы за счет добавления 100 mM KCl ( Хайтлина С.Ю., 1985 , Pollard T.D., Craig S.W., 1982 ). Способность актина полимеризоваться in vitro позволяет детально изучить условия этого процесса.
Процесс полимеризации актина включает в себя две стадии: нуклеацию и элонгацию ( Хайтлина С.Ю., 1985 , Bershadsky A.D., Vasiliev J.M., 198 ).
На первой, более медленной стадии - нуклеации, происходит объединение небольшого числа мономеров в агрегат, называемый затравкой или зародышем. В данном случае затравками обычно служат три- или тетрамеры актина ( Barden I.A. et al., 1982 ) ( рис.1-22fr2 )
Вторая, более быстрая стадия - элонгация, заключается в присоединении новых мономеров к образовавшимся затравкам.
Полимер актина является полярной структурой, благодаря упорядоченному распределению асимметричных единиц. Два противоположных конца актинового филамента различаются по скорости присоединения к ним новых субъединиц ( Pollard T.D., Craig S.W., 1982 ) ( рис.1-20 )
Структурно различить концы актинового филамента можно с помощью субфрагментов мышечного миозина , содержащих головку миозиновой молекулы ( Ishikawa H. et al.,1969 ). Декорированный фрагментами миозина актиновый филамент как бы усеян наконечниками стрел ( рис.1-2 ) В зависимости от направления этих стрел один конец называется "острым", а другой - "оперенным". Скорость элонгации на оперенном конце актинового филамента оказалась существенно выше скорости элонгации на остром конце ( Pollard T.D., Craig S.W., 1982 ).
Полимеризация актина in vitro обычно инициируется добавлением нейтральных солей. Степень полимеризации максимальна при концентрации KCl или NaCl 0,05 - 0,15 М, минимальная концентрация KCl, достаточная для полимеризации, равна 0,015 - 0,018 М.
Эффективность катионов при полимеризации усиливается в ряду Rb+ - K+ - Na+ - Li+ - Mg++ - Ca++ . Высокие концентрации анионов (например, CNS- или I-) вызывают деполимеризацию актина. Полимеризация происходит также при понижении рН или в присутствии поликатионов, таких, как полилизин или спермин и спермидин. Все эти данные указывают на то, что для полимеризации необходима нейтрализация отрицательного заряда молекулы актина.
Однако ряд фактов противоречит "электростатической" теории полимеризации. Так, миллимолярные концентрации Са++ стимулируют полимеризацию, в то время как микромолярные ее ингибируют. Вследствие этого актин может быть заполимеризован как 1 - 2 мМ хлоридом кальция, так и 0,2 - 2,0 мМ ЭГТА . При низкой (недостаточной для полимерзации) концентрации нейтральных солей полимеризация актина индуцируется введением этанола, глицерина, полиэтиленгликоля и его производных. По-видимому, для полимеризации существенно определенное конформационное состояние мономера, которое может быть индуцировано нейтрализацией заряда молекулы или с помощью других воздействий. Полимеризация начинается при концентрации актина выше критической и сопровождается гидролизом АТР . Реакция повторно обратима изменением концентрации соли, однако ресинтез АТР при деполимеризации не наблюдается.
