Мышчное сокращение: механизм
В миофибрилах мышечных волокон миозиновые и актиновые филаменты располагаются параллельно друг другу: сокращение волокон обусловлено взаимным продольным перемещением ("скольжением") миозиновых и актиновых филаментов относительно друг друга. В отсутствие АТР головки молекул миозина прочно присоединены к актиновым филаментам. Однако при связывании Mg++АТР с миозиновыми головками сродство их к актину резко снижается и они отрываются от актиновых филаментов. Затем в активных центрах АТРазы головок происходит гидролиз Mg++АТР и образуется промежуточный комплекс Mg*ADP*P . При этом головки переходят в совершенно иное конформационное состояние, в котором они опять связываются с актином, однако совсем не так, как в отсутствие АТР: они связываются уже с другой молекулой актина вдоль актинового филамента в "слабой" форме (в отличие от "сильной" формы, характерной для связывания с актином головок, содержащих в активном центре АТРазы АDР или не содержащих нуклеотида вообще).
Такое связывание головок с актином резко ускоряет процесс изомеризации промежуточного комплекса M*ADP*P и соответственно последующий выброс продуктов АТРазной реакции из активного центра миозиновой АТРазы, in vitro это проявляется как сильная активация актином Mg++АТРазы миозина. В результате головка претерпевает значительную структурную перестройку, возвращаясь в исходное конформационное состояние, для которого характерна "сильная" форма связывания с актином. Вероятно, именно в процессе такой перестройки и перехода от "слабого" связывания с актином к "сильному" миозиновые головки, присоединенные к актиновому филаменту, перемещают его вдоль миозинового филамента. Затем миозиновые головки опять связывают Mg++АТР, открываются от актина, и цикл начинается сначала. Поскольку головки имеют высокую подвижность благодаря наличию "шарнирных" участков в молекуле миозина, они могут совершать "машушие" движения, взаимодействуя в каждом цикле гидролиза АТР с новыми молекулами актина в актиновом филаменте. В результате происходит взаимное "скольжение" миозиновых и актиновых филаментов относительно друг друга, что проявляется как сокращение мышечного волокна.
Описанный механизм "скольжения" требует хорошо структурированных миозиновых и актиновых филаментов. Однако в модельных экспериментах было показано, что изолированные миозиновые головки ( S1 ), прикрепленные к поверхности стекла или нитроцеллюлозной пленке, в присутствии АТР способны вызывать направленное перемещение актиновых филаментов со скоростью 1 - 2 мкм/с, близкой к скорости сокращения мышцы (около 6 мкм/с). Это значит, что участки, ответственные за генерацию движения, находятся в самой миозиновой головке, остальные компоненты молекулы миозина (стержневая часть, "шарнирные" участки) служат, скорее всего, для структурирования миозина в хорошо упорядоченные филаменты и для усиления процесса подвижности. По- видимому, немалую роль в двигательном процессе играют междоменные взаимодействия в миозиновой головке.
В связи с этим уместно напомнить о существовании так называемых одноголовых миозинов I , не имеющих стержневой части и неспособных образовывать филаменты. При анализе их первичных последовательностей было показано, что N-концевая часть последовательности таких белков (около 700 остатков) сходна с последовательностью головки мышечного миозина, а С-концевая часть сильно варьирует у разных белков. Недавно была обнаружена способность миозина I из Acanthamoeba castellanii связываться с клеточными липидными мембранами , причем было показано, что участок связывания с мембраной находится в уникальной С-концевой части первичной последовательности. По-видимому, С-концевая часть последовательности, широко варьирующая у белков подобного рода, служит для их специфического прикрепления к поверхности различных клеточных структур (плазматических мембран и других клеточных органелл). Прикрепленные таким образом миозины I, циклически взаимодействуя своими головками с актиновыми филаментами, могут осуществлять множество двигательных процессов внутри клетки (например, перемещать актиновые филаменты вдоль плазматической мембраны, или наоборот, перемещать различные клеточные органеллы вдоль актиновых филаментов).
