• Молекулы представителей семейства миозинов содержат три структурных домена, которые обозначаются как головной (или моторный), регуляторный и хвостовой домены
• Моторный домен содержит АТФ- и актин-связывающие сайты и превращает энергию гидролиза АТФ в механическую работу
• В большинстве миозинов регуляторный домен действует как плечо рычага, преобразующее усилие
• Хвостовой домен миозина взаимодействует с белками карго или с липидами и определяет биологические функции миозионов
Представители семейства миозинов обычно характеризуются наличием трех структурных доменов. Эти домены обозначаются как моторный, регуляторный и хвостовой и схематически представлены на рисунке ниже. Размер моторного домена составляет 80 кДа; он содержит АТФ- и актин-связывающие сайты, ответственные за превращение химической энергии гидролиза АТФ в механическую работу.
Этот каталитический моторный домен имеет наиболее консервативную структуру у всех представителей семейства миозинов, и его наличие является характерной чертой миозиновых белков.
Регуляторный домен представляет собой участок молекулы, способный связывать белки, известные под названием легких цепей (поскольку по сравнению с «тяжелой цепью» миозина они обладают меньшей молекулярной массой). Большинство легких цепей представлено калмо-дулином или ему подобными белками. Индивидуальность структуры ассоциированных легких цепей определяется изоформой миозина и стадией развития организма. Изоформа миозина также определяет количество связанных легких цепей.
Обычно легкие цепи остаются прочно связанными с миозином и рассматриваются как субъединицы его молекулы. Подвижность и АТФазная активность некоторых миозинов регулируются путем модификации легких цепей при их фосфорилировании или за счет связывания ионов кальция.
Для генерации силы необходимо и достаточно наличие моторных и регуляторных доменов. Это подтверждается экспериментами по реконструированию системы подвижности in vitro.
На рисунке ниже представлена кристаллическая структура моторного и регуляторного доменов, предложенная на основании рентгеноструктурных исследований. Эта структура позволяет понять основные характеристики механизма генерации силы. Молекула миозина обладает удлиненной формой, и моторный домен состоит из внутреннего складчатого p-слоя, окруженного а-спиралями. Такая структура напоминает мотор микротрубочек — кинезин, несмотря на отсутствие гомологии между их структурами.
Сайт связывания АТФ, подобно аналогичным сайтам в АТФазах и G-белках, связывает фосфатные группы АТФ вместе с ассоциированными с ними ионами магния. Связывание нуклеотида изменяет конформацию актин-связывающего сайта и регуляторного домена. Сайт связывания актина расположен в большом углублении на конце молекулы, примерно в 4 нм от сайта связывания АТФ. Связывание нуклеотида с миозином контролирует степень открытия этого углубления, что, в свою очередь, влияет на связывание миозина с актином. Когда АТФ связывается с миозином, углубление слегка приоткрывается, и тем самым сродство миозина к актину снижается.
Регуляторный домен расположен сразу после моторного и выглядит как а-спиральная структура. Он играет важную механическую роль в функционировании миозина, действуя как «плечо рычага». При развитии усилия конформационные изменения в сайте связывания нуклеотида, которые определяются природой связанного нуклеотида (АТФ, АДФ-ФН или АДФ), переносятся с мотора на регуляторный домен. Эти изменения конформации вызывают поворот плеча рычага, представляющий собой рабочий ход, в результате которого генерируется усилие. Легкие цепи стабилизируют структуру регуляторного домена, что дает ему возможность действовать в качестве жесткого рычага.
Хвостовые домены ответственны за связывание клеточных белков и липидов и/или других молекул миозина. Структуры хвостовых доменов у белков, относящихся к семейству миозинов, сильно различаются. У многих белков они содержат четко различимые субдомены, которые обусловливают белок-белковые взаимодействия. Хвостовые домены определяют природу транспортируемого карго (белки или липиды) и позволяют некоторым миозинам образовывать димеры или олигомеры, напоминающие филаменты. Таким образом, они приобретают два или более каталитических моторных домена.
Толстые филаменты поперечно-полосатых мышц служат примером таких миозиновых филаментов. Различия в последовательности аминокислот хвостовых доменов являются следствием адаптации каждого типа миозина к выполнению в клетке специфических функций.
Миозиновые белки содержат три структурных домена (моторный, регуляторный и хвостовой),
обладающие разными функциями.
Эксперимент, демонстрирующий, что миозиновые фрагменты, содержащие только моторный и регуляторный домены,
обеспечивают подвижность актиновых филаментов, которая визуализируется in vitro.
Фотографии представляют собой кадры видео, показывающего перемещение филаментов. Один из филаментов обведен кружком.
Кристаллическая структура миозинового фрагмента,
содержащего моторный и регуляторный домены, представленная по данным рентгеноструктурного анализа,
представленным в Protein Data Bank file 2MYS.
Регуляторный домен миозина (плечо рычага) претерпевает сильные конформационные изменения,
которые генерируют усилие для движения вдоль актинового филамента.
Гидролиз АТФ и высвобождение Фн вызывают вначале небольшие конформационные изменения в актиновой щели,
которые затем приводят к более сильным изменениям.
Хвостовые домены миозинов обладают специфическими функциями.
Некоторые хвостовые домены содержат области, способные к олигомеризации с образованием миозиновых филаментов,
другие связываются с белками, участвующими в транспортных процессах или функционирующими как ферменты.