Actomyosins kraftudfoldelse er forbundet med tre begivenheder, der fører til frigivelse af produkter fra ATP-hydrolyse (uorganisk fosfat og ADP): myosinhovedets binding til actin, strukturelle ændringer i hovedet, der forårsager en stærk actomyosininteraktion, og svingning af håndtaget. Undersøgelsen af ATP-hydrolyse-relateret enzymatisk kraftgenerering er vanskelig at udføre, fordi effektiv kraftgenerering kræver, at kraftslaget finder sted, mens myosin er bundet til actin. Og denne proces kan kun begynde, når myosin er i en tilstand med lav actin-affinitet, så det er ret sjældent at observere denne forekomst.

Myosin har tre forskellige dele, et motordomæne, løftestangen og haleområdet. Motordomænet er det, der svinger løftestangen under actomyosins kraftslag, det har tre hoveddele: nukleotidlommen, den actinbindende region og relæregionen. Tre sløjfer: P-sløjfen, Switch 1 og Switch 2 er knyttet til nukleotidlommen og står over for den aktinbindende region og relæregionen. Svage interaktioner med actin begynder i den nederste del af den actinbindende region, og når spalten lukker sig, folder den øverste del af den actinbindende region sig over actin og skaber stærkere bindingsinteraktioner. Relæregionen fortolker konformationen af den nu foldede actin-bindende region og svinger håndtaget fra den primerede “op”-position nedad, den afstand, som håndtaget tilbagelægger, bestemmer størrelsen af kraftslaget.

Kinetikken blokerer det “forgæves” håndtagssving i en actin-løsrevet tilstand, hvilket fører til en ATP-spildcyklus. ATP binder sig hurtigt til myosin efter en hurtig konformationel ligevægt mellem down-lever- og up-lever-tilstande (også kendt som recovery-trinnet); dette efterfølges af hydrolyse af ATP. ATP kan kun hyrdoliseres af myosin i up-lever-tilstand. Når myosin binder sig til ADP og P, resulterer det i svagere interaktioner, og frigivelsen af P reducerer kompleksets stabilitet og er hastighedsbegrænsende i fravær af actin; dette er i modstrid med det tidligere antaget hastighedsbegrænsende trin: frigivelse af uorganisk fosfat. Frigivelse af uorganisk fosfat er kun mulig under downlever-tilstand. I fravær af actin er myosin for det meste i ADP- og Pi-bunden opadtilstand.

I løbet af de sidste par årtier; mange myosin-konformationer er blevet identificeret via krystalliseringsprocessen, som lærer os om de allosteriske kommunikationsveje mellem den actinbindende region og løftestangsregionen under kraftudslaget. Eksperimenter har afsløret, at energibarrierer i myosinenzymtrinnet, nukleotidbinding, ADP-frigivelse og konformationsændringer afhænger direkte af løftestangens handlinger, hvilket betyder, at løftestangen styrer energien i myosinkomplekset under kraftslag.

Aktinaffiniteten bestemmes allosterisk af nukleotidindholdet i det aktive sted. Nukleotidfrie og ADP-bundne former af myosin har vist sig at binde actin stærkt, men i komplekser, hvor gamma-fosfatpladserne er besat med ATP eller ADP-Pi, findes en svag actinaffinitet. Dette skyldes den allosteriske kobling mellem den actinbindende region og nukleotidlommen, som befinder sig i de mere fjerntliggende regioner af motordomænet. Aktinaffiniteten bestemmes af konformationen af det aktinbindende område. Affiniteten afhænger først og fremmest af ligevægten i switch 1-løkken i nukleotidlommen, som kan have en åben eller lukket konformation. Actomyosin-powerstroke initieres af myosin ved lav actinaffinitet.

En effektiv powerstroke stammer fra vejen for actin-induceret acceleration af løftestangssvinget. Hævelsessvinget af ADP-Pi-bundet myosin accelereres af actin med over to størrelsesordener. Derfor er actinaktivering en afgørende del af et effektivt kraftslag, på trods af at det starter i en svag actin-affinitets- eller ADP-Pi-tilstand. Reaktionsstrømmen bringes ind i den kinetiske vej, der involverer det løftesving, som kraftslaget forårsager. Reaktionsstrømmen føres derefter til aktintilhæftningen, efter at det nyttesløse løftesving er kinetisk blokeret. Dette er imidlertid ikke termodynamisk gunstigt, men denne uligevægtssituation er nødvendig, fordi denne vej har en højere fri energi. Dette er kendt som kinetisk vejvalg og bruges til at tvinge en reaktion gennem en mere effektiv vej frem for en nyttesløs vej, som ville være termodynamisk stabil.

En anden effektiv kraftudslagsvej begynder også med en svag aktintilhæftning til et aktomyosinkompleks. Men en åbning og lukning af actinbindingsområdet, i modsætning til bare, er det, der forårsager løftestangssvinget. I en anden metode kan kraftslaget begynde lige efter den svage binding af den nederste actin-region på myosin. Begge disse alternative reaktionsveje vil resultere i en reaktionsstrøm, der minder meget om den oprindelige, der er beskrevet ovenfor. Dette viser, at reaktionsstrømmen også vil undergå kinetisk vejvalg, noget som forskerne for nylig er begyndt at studere i detaljer for at fastslå, hvor vigtigt det er for den fysiologiske funktion.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.