Aktomyosiinin voimanotto liittyy kolmeen tapahtumaan, jotka johtavat ATP:n hydrolyysin tuotteiden (epäorgaanisen fosfaatin ja ADP:n) vapautumiseen: myosiinipään sitoutuminen aktiiniin, pään rakenteelliset muutokset, jotka aiheuttavat vahvan aktomyosiini-vuorovaikutuksen, ja vipuvarren heiluminen. ATP-hydrolyysiin liittyvän entsymaattisen voimantuoton tutkiminen on vaikeaa, koska tehokas voimantuotto edellyttää, että voimanotto tapahtuu myosiinin ollessa sitoutuneena aktiiniin. Ja tämä prosessi voi alkaa vain silloin, kun myosiini on matalan aktiiniaffiniteetin tilassa, joten tämän tapahtuman havaitseminen on melko harvinaista.

Myosiinissa on kolme eri osaa, motorinen domeeni, vipu ja hännän alue. Motorinen domeeni on se, joka heiluttaa vipua aktomyosiinin voimanoton aikana, siinä on kolme pääosaa: nukleotiditasku, aktiinia sitova alue ja relealue. Kolme silmukkaa: P-silmukka, Switch 1 ja Switch 2 ovat kiinnittyneet nukleotiditaskuun ja suuntautuvat aktiinia sitovalle ja relealueelle. Heikot vuorovaikutukset aktiinin kanssa alkavat aktiinia sitovan alueen alaosasta, ja kun rako sulkeutuu, aktiinia sitovan alueen yläosa taittuu aktiinin päälle ja synnyttää voimakkaampia sitovia vuorovaikutuksia. Relealue tulkitsee nyt taittuneen aktiinia sitovan alueen konformaation ja heilauttaa vipua pohjustetusta ”ylös”-asennosta alaspäin, vivun kulkema matka määrää voimanoton suuruuden.

Kinetiikka estää ”turhan” vivun heilautuksen aktiinista irrotettuun tilaan, joka johtaa ATP:tä tuhlaavaan sykliin. ATP sitoutuu nopeasti myosiiniin nopean konformaatiotasapainon jälkeen alas- ja ylös-vivun tilojen välillä (tunnetaan myös palautumisvaiheena); tätä seuraa ATP:n hydrolyysi. Myosiini voi hydrolysoida ATP:tä vain up-lever-tilassa. Kun myosiini sitoutuu ADP:hen ja P:hen, vuorovaikutukset heikkenevät, ja P:n vapautuminen vähentää kompleksien stabiilisuutta ja rajoittaa nopeutta aktiinin puuttuessa; tämä on ristiriidassa aiemmin ajatellun nopeutta rajoittavan vaiheen kanssa: epäorgaanisen fosfaatin vapautuminen. Epäorgaanisen fosfaatin vapautuminen on mahdollista vain down-lever-tilan aikana. Aktiinin puuttuessa myosiini on enimmäkseen ADP:hen ja Pi:hen sitoutuneessa ylöspäin suuntautuvassa tilassa.

Viimeisten parin vuosikymmenen aikana; monia myosiinin konformaatioita on tunnistettu kiteytysprosessin avulla, mikä opettaa meille allosterisia viestintäreittejä aktiiniin sitoutuvan alueen ja vipualueen välillä voimanoton aikana. Kokeet ovat paljastaneet, että myosiinin entsymaattisten vaiheiden, nukleotidin sitoutumisen, ADP:n vapautumisen ja konformaatiomuutosten energiaesteet riippuvat suoraan vivun toimista, mikä tarkoittaa, että vipu kontrolloi myosiinikompleksin energiaa voimanoton aikana.

Aktiinin affiniteetti määräytyy aktiivisen alueen nukleotidipitoisuuden perusteella allosterisesti. Nukleotidittomien ja ADP:hen sitoutuneiden myosiinimuotojen on havaittu sitovan vahvasti aktiinia, mutta komplekseissa, joissa gamma-fosfaattikohdat on miehitetty ATP:llä tai ADP-Pi:llä, havaitaan heikko aktiiniaffiniteetti. Tämä johtuu allosterisesta kytkennästä aktiinia sitovan alueen ja nukleotiditaskun välillä, joka sijaitsee motorisen domeenin kauempana sijaitsevilla alueilla. Aktiiniaffiniteetti määräytyy aktiinia sitovan alueen konformaation mukaan. Affiniteetti riippuu ensisijaisesti nukleotiditaskun kytkin 1 -silmukan tasapainosta, jolla voi olla avoin tai suljettu konformaatio. Aktomyosiinin voimanoton käynnistää myosiini alhaisella aktiiniaffiniteetilla.

Tehokas voimanotto lähtee liikkeelle aktiinin aiheuttaman vivun heilahduksen kiihdytyksen reitistä. ADP-Pi-sidotun myosiinin vivun heilahdus kiihtyy aktiinin vaikutuksesta yli kaksi kertaluokkaa. Siksi aktiinin aktivaatio on ratkaiseva osa tehokasta voimanostoa, vaikka se alkaa heikosta aktiinin affiniteetista eli ADP-Pi-tilasta. Reaktiovirta tulee mukaan kineettiseen polkuun, johon liittyy voimanoton aiheuttama vivun heilahdus. Reaktiovirta kulkeutuu sitten kohti aktiinikiinnitystä sen jälkeen, kun turha vivun heilahdus on kineettisesti estetty. Tämä ei kuitenkaan ole termodynaamisesti suotuisa, mutta tämä epätasapainotilanne on välttämätön, koska tällä reitillä on suurempi vapaa energia. Tätä kutsutaan kineettiseksi reitinvalinnaksi, ja sitä käytetään pakottamaan reaktio tehokkaamman reitin kautta turhan reitin sijaan, joka olisi termodynaamisesti stabiili.

Toinen tehokas voimansiirtoreitti alkaa niin ikään heikosta aktiinikiinnityksestä aktomyosiinikompleksiin. Mutta aktiiniiniin kiinnittyvän alueen avautuminen ja sulkeutuminen, toisin kuin vain, aiheuttaa vivun heilahduksen. Toisessa menetelmässä voimalyönti saattaa alkaa heti alemman aktiini-alueen heikon kiinnittymisen jälkeen myosiiniin. Molemmat näistä vaihtoehtoisista reaktioreiteistä johtavat reaktiovirtaan, joka muistuttaa paljon edellä kuvattua alkuperäistä reaktiovirtaa. Tämä osoittaa, että reaktiovirta käy läpi myös kineettisen reitinvalinnan, jota tutkijat ovat viime aikoina alkaneet tutkia yksityiskohtaisesti selvittääkseen, kuinka tärkeä se on fysiologisessa toiminnassa.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.