Kinezyna (Kinesin)
David S. Goodsell, tłum. Filip Gołębiowski | 2008-04-25
Ponieważ komórki są tak małe, wiele ich wewnętrznych procesów wykorzystuje dyfuzję by przetransportować elementy z jednego miejsca w drugie. Na przykład, kiedy cząsteczka glukozy jest rozkładana podczas glikolizy, dziesięć enzymów i wszystkie związki pośrednie są razem rozrzucone w cytoplaźmie, zaś poprzez losowe zderzanie się ze sobą, każdy element odnajduje własne miejsce. Dla małych cząsteczek i białek, ruch dyfuzyjny jest wystarczająco szybki do wykonania zadania, lecz podczas niektórych większych spraw, komórki muszą zdobyć się na nieco aktywniejsze działania. W takim przypadku przydają się molekularne motory. Komórki tworzą wiele różnych mechanizmów, które przenoszą duże, wewnątrzkomórkowe obiekty do ich miejsca przeznaczenia.
Molekularne motory
Komórki mogą wytwarzać trzy typy zasilanych ATP molekuł motorycznych, poruszających się wzdłuż białkowych filamentów. Miozyny, te same w zadziwiający sposób wykorzystywane do napędzania naszych mięśni, zużywają energię ATP by przesuwać się wzdłuż filamentów aktynowych. Kinezyny i dyneiny kroczą po mikrotubulach a razem z nimi ich ładunek. Zazwyczaj wszystkie te białka składają się z domeny motorycznej, która zużywa ATP i zamienia tę energię w ruch, oraz domeny wiążącej ładunek (ang. cargo – dop.tłum.), która łączy się z przenoszonym obiektem.
Pokazana obok kinezyna (rekord PDB 3kin) składa się z dwóch łańcuchów. U góry znajdują się dwie domeny motoryczne z ADP zaznaczonym na czerwono. Długi i giętki trzon łączy domeny motoryczne z domenami wiążącymi ładunek na dole. Dolna część molekuły jest pokazana schematycznie ponieważ wyłącznie domeny ruchowe i krótka szyjka na górze trzonu były widoczne w strukturze krystalicznej.
Jazda po szynach
Komórki wykorzystują kinezyny do wielu zadań. Typowe komórki zawierają zespół mikrotubul wychodzących z centrum na zewnątrz w kierunku powierzchni. Kinezyny mają za zadanie przenosić duże obiekty, jak lizosomy czy retikulum endoplazmatyczne, od jądra na zewnątrz w kierunku powierzchni. Dyneiny zaś spełniają przeciwstawną rolę wpychania rzeczy do wnętrza. Kinezyny przenoszą materiały ku końcowi nieprzeciętnej długości aksonów nerwowych—to dzięki temu zostały one odkryte. Pozwalają także mikrotubulom wślizgiwać się jedna między drugą, na przykład podczas procesu tworzenia się dwóch osobnych układów mikrotubul do oddzielenia chromosomów kiedy komórka się dzieli.
Krok po kroku
Kinezyny i miozyny różnie wykonują swoje zadania. Miozyna sięga filamentu aktynowego, wyzwala energię a następnie szybko puszcza filament. Tak więc, aby przebyć długi dystans, wiele cząsteczek miozyny musi pracować razem każda wykonując swoją pracę. Kinezyny zaś potrafią pracować w pojedynkę. Kinezyna czołga się ręka za ręką wzdłuż mikrotubuli. Z każdym krokiem jedna domena motoryczna trzyma mocno w czasie gdy druga uwalnia uścisk, podnosi się do kolejnego kroku na mikrotubuli i chwyta. W ten sposób dwie domeny motoryczne współpracują na mikrotubuli wykonując kilkaset 8 nanometrowych kroków nim się zatrzymają. Aby zobaczyć film z kinezyną "w akcji" możesz odwiedzić stronę http://www.scripps.edu/cb/milligan/projects.html.
W tę stronę czy w przeciwną?
Nasze komórki mają w składzie około czterdziestu odmiennych typów kinezyn przeznaczonych do różnych funkcji. Wszystkie one mają podobną domenę motoryczną, która wykorzystuje ATP do generowania mocy. Ten motor jednak jest podłączony do różnych części adaptorowych, które łączą napęd z obiektem który ma być przeniesiony. Dwie kinezyny są pokazane obok—zwykła kinezyna u góry (rekord PDB 2kin) i ncd u dołu rysunku (rekord PDB 2ncd). Zwróć uwagę, że dwie domeny motoryczne są w różny sposób połączone z trzonem. Wynikiem tej odmienności jest ruch w przeciwnych kierunkach obu kinezyn po mikrotubuli.
Odkrywanie struktury
Teraz, kiedy struktury kilku molekularnych motorów zostały wyznaczone możemy zobaczyć, że mechanizm ruchu jest bardzo podobny u różnych kinezyn a także, co istotne, w miozynie.
Sztuka, którą wykonują molekularne motory polega na powiązaniu małych zmian podczas zrywania wiązania fosfodiestrowego w ATP ze znacznymi zmianami strukturalnymi jednostki motorycznej.
Dwie strktury kinezyn są pokazane obok: ta po lewej pokazuje kinezynę przed wygenerowaniem mocy (rekord PDB 1bg2), po prawej znajduje się struktura po wygenerowaniu mocy (rekord PDB 2kin). W każdym z tych przypadków tylko jedna domena motoryczna jest pokazana, zaś ADP zaznaczone jest na czerwono. Część wiążąca ATP, pokazana tu na niebiesko, zmienia się nieznacznie po tym jak ATP jest rozkładane a reszta kwasu fosforowego dysocjuje. Ta niewielka zmiana powoduje popchnięcie, zaznaczonej na zielono, helisy (rys. ang. relay helix – dop.tłum.) powodując zmianę w jej kształcie. To powoduje powstanie dokładnie dopasowanej kieszeni dla aminokwasów w pokazanym na żółto łączniku (rys. ang. neck linker – dop. tłum.). Przed generowaniem mocy, kieszeń jest zbyt mała a łącznik giętki, w nieuporządkowanej konformacji. Po tym, kieszeń ma właściwą wielkość by łącznik mógł się wpiąć w białko, pociągając za sobą szyję i jakikolwiek ładunek by był do niej przyczepiony.
Ta ilustracja została stworzona programem RasMol. Możesz stworzyć podobną klikając na kod struktury i wybierając jedną z opcji w panelu *View Structure*.
Lista wpisów do bazy PDB związanych z kinezyną wyznaczona programem FASTA w dniu 28 Marca 2005 jest dostępna tutaj. Po więcej informacji na temat kinezyny, kliknij tutaj.
Oryginalna podstrona w "Molecule of the Month", by David S. Goodsell: Kinesin.