Белки в действии

1. Белки в действии

1

2.

2

3.

Структурная (строительная)
Белки входят в состав всех клеточных органелл,
цитоплазмы, мембран
и межклеточного вещества:
коллаген,
белки плазмы крови
3

4. Актиновая кора (область, расположенная под плазматической мембраной) и компоненты внеклеточного матрикса –

прочные коллагены,
сетчатые адгезивные
белки и
протеогликаны
(основное вещество).
4

5. Фибронектин и ламинин, компоненты внеклеточного матрикса

5

6. Взаимодействие клетки с внеклеточным матриксом (через интегрин)

6

7. У фибриллярных белков структурная функция – главная

Коллаген
Кератин
Фиброин
7

8.

Внутри клетки:
цитоскелет
NB!!!
Компоненты
цитоскелета –
не фибриллярные
белки!
(но об этом позже)
8

9.

Вне клетки: кератин
Прямой волос
Курчавый
9

10.

Фиброин – белок шелка и паутины
10

11.

Коллаген – структурный белок кожи и хрящей
11

12. Волокна коллагена и эластина в межклеточном веществе подкожной соединительной ткани

Фибробласты
Коллагеновое
волокно
Эластиновое
волокно
Макрофаг
12

13.

Энергия химических связей
Миозин
Актин
Работа мышц
Внутриклеточный
транспорт
механическая
энергия
Кинезин
Шагающий
белок
13

14. Двигательные белки

•Актино-миозиновая система подвижности
(мышечное сокращение и др.)
•Динеино-тубулиновая система подвижности
(в микротрубочках)
•Белковое обеспечение бактериальной подвижности
(жгутики)
•Двигательная система бактериофагов
14

15. Строение миофибрилл

15

16.

16

17. Уровни организации скелетной мышцы

А
А. Мышечное волокно
B. Миофибрилла
С. Строение саркомера
17

18.

18

19. Модель «скользящих нитей»

Глобулярные головки
миозина
(хвосты, спирально
закручивающиеся друг отн-но
друга, не показаны)
19

20. Строение миозина

20

21.

21

22.

22

23.

23

24.

24

25.

25

26.

26

27.

Белки цитоскелета
27

28.

Компоненты цитоскелета
28

29.

Компоненты цитоскелета
29

30. Белки микротрубочек (МТ)

тубулин
белки, ассоциированные с МТ
(МАР 1, МАР 2, МАР 3, тау и др.)
белки-транслокаторы (динеин, кинезин, динамин).
МТ образуют:
веретено деления (ахроматиновую фигуру) в митозе
и в мейозе,
аксонему (центральную структуру) подвижных
ресничек и жгутиков,
стенку центриолей и базальных телец.
МТ отводится важная, если не ключевая, роль в
клеточном морфогенезе и в некоторых видах
клеточной подвижности.
МТ – диаметр около 25 нм,
длина до нескольких
десятков микрометров;
толщина их стенок –
около 6 нм.
30

31. Тубулин

• Тубулин – это глобулярный белок,
существующий в виде димера α- и
β-субъединиц с М~55 кДа.
• Каждая субъединица содержит
около 450 аминокислот, и АКП
субъединиц гомологичны друг
другу примерно на 40%.
• Тубулин – GTP-связывающий белок,
причем β-субъединица содержит
лабильно связанную молекулу GTP
или GDP, способную обмениваться
с GTP в растворе, а α-субъединица –
прочно связанную молекулу GTP.
31

32. Строение микротрубочек

МТ имеет форму полого цилиндра, стенка которого состоит из линейных
цепочек тубулиновых димеров, так называемых протофиламентов. В
протофиламентах α-субъединица предыдущего димера соединена с βсубъединицей следующего. Димеры в соседних протофиламентах
смещены друг относительно друга, образуя спиральные ряды.
32

33. Полимеризация тубулина

Тубулин способен к спонтанной полимеризации in vitro. Такая полимеризация
возможна при физиологических температурах и благоприятных ионных условиях
(отсутствие ионов Ca2+) и требует наличия двух факторов: высокой концентрации тубулина
и присутствия GTP. Полимеризация сопровождается гидролизом GTP, и тубулин в составе
МТ остается связанным с GDP, а неорганический фосфат выходит в раствор.
Полимеризация тубулина состоит из двух фаз: нуклеации и элонгации. При
нуклеации происходит формирование затравок, а при элонгации – их удлинение с
образованием МТ.
Противоположные концы МТ различаются по скоростям роста. Быстрорастущий конец
принято называть плюс-концом, а медленнорастущий – минус-концом МТ.
В клетке (-)-концы МТ, как правило, ассоциированы с центросомой, а (+)-концы направлены
к периферии и нередко доходят до самого края клетки.
Полимеризацию и деполимеризацию МТ индуцируют изменениями температуры,
ионных условий или использованием специальных химических агентов. Среди веществ,
вызывающих необратимую разборку, широко используются индольные алкалоиды
33
(колхицин, винбластин, винкристин и др.).

34. Динамическая нестабильность МТ

При постоянном количестве полимера происходит спонтанный рост или
укорочение отдельных МТ вплоть до полного их исчезновения. Из-за
запаздывания гидролиза GTP по отношению к встраиванию тубулина на
конце МТ, находящейся в процессе роста, формируется GTP-кэп, состоящий
из 9-18 молекул GTP-тубулина. GTP-кэп стабилизирует конец МТ и
способствует ее дальнейшему росту. Если же скорость включения новых
гетеродимеров оказывается меньше скорости гидролиза GTP или в случае
механического разрыва МТ, образуется конец, лишенный GTP-кэпа. Такой
конец обладает пониженным сродством к новым молекулам тубулина; он
начинает разбираться.
34
tredmilling

35. БЕЛКИ, АССОЦИИРОВАННЫЕ С МИКРОТРУБОЧКАМИ (МАР)

Структурные МАР. Общее свойство – перманентная
ассоциация с МТ; связываются с С-концевой частью тубулина.
МАР 1, МАР 2, Тау, МАР U и др.
МАР способны стимулировать инициацию и элонгацию и
стабилизировать готовые МТ; сшивать МТ в пучки.
Три основные функции структурных МАР: регуляция
динамики МТ, клеточный морфогенез и участие во
взаимодействии МТ с другими внутриклеточными
структурами.
Белки-транслокаторы. Отличительная особенность –
свойство преобразовывать энергию АТР в механическое
усилие, способное перемещать частицы вдоль МТ или МТ
вдоль субстрата. Соответственно транслокаторы являются
механохимическими АТР-азами и их АТР-азная активность
стимулируется МТ. В отличие от структурных МАР,
транслокаторы ассоциированы в МТ только в момент АТРзависимого перемещения.
35

36. Молекулярные двигатели

• Миозин
Кинезины – движутся по микротрубочкам в направлении
(+)-конца (т.е от центросомы к клеточной периферии)
Динеины – перемещаются к (-)-концу микротрубочек
36

37. Белки-транслокаторы

37

38. Белки-транслокаторы

38

39. Модель образования кинезинового поперечного мостика между органеллами и микротрубочками

АТФ-азный головной домен
молекулы кинезина действует
как двигатель, обеспечивающий
движение органеллы
по микротрубочке.
39

40. Перемещение кинезина по микротрубочке

40

41. Реснички и центриоли состоят из микротрубочек

Кинезин из мозга крупного рогатого скота имеет М~380 кДа и
представляет собой тетрамер двух легких (62 кДа) и двух тяжелых (120
кДа) полипептидных цепей. Молекула кинезина имеет форму стеpжня
диаметром 2-4 нм и длиной 80-100 нм с двумя глобулярными головками
на одном конце и веерообразным расширением на другом. В середине
стержня находится шарнирный участок. N-Концевой фрагмент тяжелой
цепи размером около 50 кДа, обладающий механохимической
активностью, называется моторным доменом кинезина.
Динеин – высокомолекулярный белок, состоящий из различных
комбинаций α-, β- и γ-тяжелых цепей с молекулярной массой более 400
кДа и набора промежуточных и легких цепей с М от 10 до 80 кДа. В
зависимости от количества тяжелых цепей на молекулу динеина
различают одно-, двух- и трехголовые динеины.
Динамин – М 100 кДа, обладает GTP-азной активность, которая
стимулируется при добавлении МТ. При добавлении динамина к МТ
происходит образование гексагонально упакованных пучков.
Синдром Картагенера
41

42.

42

43. «Мотор» жгутиков

43

44. Жгутик – белковое обеспечение вращения

44