Главная страница

Исследование актин-миозинового мотора в скелетной мышце с помощью рентгеновской дифракции 03. 01. 02 Биофизика


Скачать 1,38 Mb.
НазваниеИсследование актин-миозинового мотора в скелетной мышце с помощью рентгеновской дифракции 03. 01. 02 Биофизика
АнкорKubasovaNA.pdf
Дата05.09.2018
Размер1,38 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаKubasovaNA.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипИсследование
#52791
страница1 из 4
Каталогmed_sport

С этим файлом связано 86 файл(ов). Среди них: Zatsepin-Ortopedia_detskogo_vozrasta.pdf, 07_Dykhanie.pdf, Nauka_i_sport_3_t_4.pdf, Монтессори. Дети другие.doc, Lechebnaya_gimnastika_dlya_sosudov_Sovety_vracha.pdf, Plavat_ranche_chem_hodit.pdf, Nauka_i_sport_4_t_5.pdf и ещё 76 файл(а).
Показать все связанные файлы
  1   2   3   4

На правах рукописи
Кубасова Наталия Алексеевна ИССЛЕДОВАНИЕ
АКТИН-МИОЗИНОВОГО МОТОРА В СКЕЛЕТНОЙ МЫШЦЕ С ПОМОЩЬЮ РЕНТГЕНОВСКОЙ ДИФРАКЦИИ
03.01.02 - Биофизика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук Москва − 2011
Работа выполнена в Научно-исследовательском институте механики МГУ имени МВ. Ломоносова. НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ Доктор физико-математических наук
А.К. Цатурян ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ Доктор физико-математических наук, профессор
В.В. Смолянинов Доктор физико-математических наук, профессор АН. Тихонов Доктор биологических наук, профессор
Д.И. Левицкий ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН Защита диссертации состоится “___” ______________ 2012 г. в 15-30 на заседании Специализированного Учёного совета Д. 501.001.96 при Московском Государственном Университете имени МВ. Ломоносова по адресу
119991 Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет, Кафедра биофизики, Новая аудитория. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ имени МВ. Ломоносова. Автореферат разослан “____”_________________ 2011 г.
Учёный секретарь Специализированного Учёного совета Д. 501.001.96 доктор биологических наук МГ. Страховская

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Исследование молекулярного механизма мышечного сокращения является одной из классических и, по-прежнему, актуальных проблем биофизики. Мышца – уникальный орган, преобразующий химическую энергию гидролиза АТФ в механическую работу с недостижимым в искусственных двигателях КПД. Актин-миозиновый молекулярный мотор приводит в движение не только поперечно-полосатые и гладкие мышцы, но и обеспечивает многие другие виды клеточной подвижности. Высокоупорядоченная организация миозиновых моторов в скелетной мышце делаете чрезвычайно удобным объектом для изучения свойств этого мотора. Современные представления о механизме мышечного сокращения были заложены в е годы ив настоящее время уже не подвергаются сомнениям. Согласно теории скользящих нитей и мостиковой теории ЕЕ, в основе этого процесса лежит циклическое взаимодействие глобулярных фрагментов миозиновых молекул, или S1, или поперечных мостиков, выступающих из толстых нитей, с мономерами актина, составляющими основу тонких нитей. Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в последние годы, в частности, определение атомных структур мономера актина, актиновой нити и миозиновой головки (Holmes и др, 1990, 2004; Rayment и др, 1993; Houdusse и др, 1999, 2000, Oda и др, 2009), многие важные детали механизма работы этого молекулярного мотора остаются неизвестными. По-прежнему нет полной ясности в том, с какими именно конформационными изменениями в актин-миозиновом комплексе связано развитие силы или укорочения мышечных клеток и каким образом химическая энергия гидролиза АТФ преобразуется в механическую работу. Даже фундаментальные вопросы о том, какая доля миозиновых мостиков участвует в развитии активного силы в каждый момент времени и на какое расстояние миозиновая головка может переместить актиновую нить в результате гидролиза одной молекулы АТФ, являются предметом дискуссий (Kishino, Yanagida, 1988; Finer и др, 1994;
Molloy и др, 1995; Simmons и др, 1996; A.F. Huxley, 2000; Kraft и др, 2002;
Linari и др, 2007). Трудности изучения актин-миозинового мотора в значительной степени связаны стем, что современные методы биохимии, структурной и молекулярной биологии имеют дело с изолированными белковыми молекулами, неспособными развивать активных усилий и совершать механическую работу. Поэтому особое значение приобретают структурные исследования миозиновых моторов в таких условиях, в которых их механическая функция сохраняется. Одним из методов таких исследований

2 является рентгеновская дифракция, с помощью которой можно изучать структуру изолированных мышечных клеток как интактных, таки с частично разрушенной мембраной. Развитие современных источников синхротронного излучения и быстродействующих двумерных детекторов рентгеновских фотонов высокого пространственного разрешения позволило существенно расширить возможности этого метода. Интерпретация экспериментальных рентгенограмм затрудняется тем, что в двумерной дифракционной картине мышцы не содержится информации о фазе рассеянных рентгеновских лучей, что не позволяет непосредственно определить электронную плотность исследуемых объектов.
Распространённый подход к решению таких задач состоит в разработке упрощённых моделей, описывающих лишь один или несколько рефлексов например, Irving и др, 1992, 2000; Malinchik, Yu, 1995). Сколько-нибудь общих моделей, количественно описывающих всю двумерную картину рентгеновской дифракции сокращающейся мышцы, включая интерференционное расщепление миозиновых меридиональных рефлексов, в настоящее время нет. Представляется актуальным создание и содержательный параметрический анализ таких моделей, а также разработка на их основе новых методов количественного анализа рентгенограмм.
Цель и задачи исследования Цель работы состояла в исследовании структурных изменений в актин-миозиновом моторе, сопровождающих работу скелетной мышцы, с помощью малоугловой рентгеновской дифракции. При этом были поставлены следующие задачи получить осевые рентгенограммы мышечных волокон лягушки и кролика и оценить поданным интерференционного расщепления миозиновых рефлексов осевое перемещение присоединённой миозиновой головки в ответ на увеличение температуры и растяжение волокон вовремя активного сокращения ив ригоре; исследовать вклад регуляторных белков тонких нитей в двумерную дифракционную картину мышцы в различных физиологических состояниях построить математическую модель рентгенодифракционной картины скелетной мышцы в состоянии ригора ив ходе активного сокращения на основе сопоставления экспериментальных данных и результатов моделирования определить долю и конфигурацию миозиновых моторов, присоединённых к актину и участвующих в поддержании активного напряжения в мышце.

3 Положения, выносимые на защиту

1. Получены дифракционные рентгенограммы волокон скелетных мышц в различных физиологических состояниях. Предложена модель для количественного анализа структурных изменений в актин-миозиновом моторе вовремя мышечного сокращения поданным рентгено- дифракционных экспериментов. В результате анализа рентгенограмм определены фундаментальные характеристики молекулярного мотора мышц
– доля миозиновых головок, присоединённых к актиновым нитям вовремя активного изометрического сокращения, составляет 40%;
– сила, развиваемая одной миозиновой головкой, составляет около 6 пН.
2. Разработан метод измерения осевых перемещений миозиновых головок в мышце, основанный на анализе интерференционной структуры миозиновых рефлексов на рентгенограмме волокон скелетных мышц и проведены эксперименты по исследованию изменений тонкой структуры этих рефлексов в ответ на различные воздействия. Получены оценки изменения осевого положения центра масс миозиновых головок при растяжении волокон в состоянии ригора.
3. Показано, что предложенная нами новая структурно-кинетическая модель актин-миозинового взаимодействия в мышцах, в которой различным стадиям цикла гидролиза АТФ поставлены в соответствие структурные состояния S1 и его комплексов с актином, хорошо описывает изменения интенсивности основных рентгеновских рефлексов в изометрически сокращающихся мышечных волокнах. Научная новизна
 Впервые получены осевые рентгенограммы одиночной мышечной клетки высокого пространственного разрешения, из которых методом рентгеновской интерферометрии получены количественные оценки осевых перемещений присоединённой к актину миозиновой головки в активном сокращении ив ригоре с точностью до 0,1-0,2 нм.
 Впервые построена математическая модель интерференционного расщепления миозинового меридионального рентгеновского рефлекса М в активном сокращении ив состоянии ригора.
 Впервые систематически исследован вклад регуляторных белков тонких нитей в двумерную дифракционную картину мышцы в различных физиологических состояниях.
 Впервые построены математические модели всей двумерной рентгенодифракционной картины скелетной мышцы в состоянии ригора ив активном сокращении.
 Впервые получены количественные оценки числа стереоспецифически присоединённых к актину миозиновых головок в активном сокращении

4 поданным измерения внемеридиональной интенсивности актиновых слоевых линий и прямого моделирования. Научная и практическая ценность. Работа посвящена изучению природы фундаментального явления

молекулярного механизма актин-миозинового взаимодействия, который лежит в основе не только сокращения мышц, но и многих других видов биологической подвижности. В результате проведённых исследований выяснены некоторые важные детали работы этого механизма и разработаны новые экспериментальные и теоретические методы, которые могут быть применены ив прикладных исследованиях сокращения скелетных и сердечных мышц. К ним относятся использованные в работе экспериментальные подходы, позволяющие одновременно исследовать механическое поведение мышечных клеток и получать их высококачественные дифракционные рентгенограммы с минимальным потерями из-за рассеяния фотонов окружающим раствором. Разработанные в работе математические модели могут быть использованы для рентгенодифракционных исследований особенностей работы актин- миозинового мотора в скелетных и сердечной мышцах в норме и при патологиях. Публикации По теме диссертации автором опубликованы 73 печатных работы, в том числе 19 статей, из них 18 в журналах, входящих в Перечень периодических изданий, рекомендованных ВАК Минобразования и науки, и
54 тезиса докладов в материалах съездов, конгрессов, симпозиумов, Всероссийских, международных и региональных конференций. Апробация работы. Основные результаты были доложены на Всероссийских рабочих совещаниях по биомеханике (Москва – Санкт-
Петербург, 1999-2011); на II, III и IV Международных симпозиумах Биологическая подвижность новые методы исследования (Пущино, 2001,
2004, 2007, 2010); V, VI, VIII, IX, X Всеросийской конференциях по биомеханике (Нижний Новгород, 2000, 2002, 2006, 2008; Саратов, 2010), XX и XXI съездах физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва, 2007; Калуга, 2010), на XXIV, XXVIII, XXX, XXXII и XXXIII Европейских мышечных конференциях (Флоренция, Италия, 1995; Йорк, Великобритания,
1999; Павия, Италия, 2001; Монпелье, Франция, 2003; о. Эльба, Италия,
2004); на Международных рабочих совещаниях по мышечному сокращению и биологической подвижности (Альпбах, Австрия, 2001, 2004, 2007, 2010);
VI Международной конференции по проблемам динамики взаимодействия деформируемых сред (Горис, Армения, 2008), Всемирных конгрессах по биомеханике (Мюнхен, 2006; Сингапура также на других научных конференциях и семинарах.

5 Структура диссертации.
Диссерация изложена на 256 страницах, включая
67 рисунков и 7 таблиц. Диссертация состоит из 8 глав, первая из которых представляет собой обзор литературы. Список цитируемых источников содержит 284 наименования. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Глава 1 представляет собой обзор литературы. Изложены современные представления о строении мышцы, механизме мышечного сокращения. Рассмотрены возможности метода малоугловой рентгеновской дифракции на скелетной мышце. Рис. 1.1. Периодические белковые структуры саркомера и соответствующие им рефлексы на рентгенограмме скелетной мышцы. На В показаны параметры спиралей актиновых (тонких) и миозиновых (толстых) нитей. Шаг спирали (осевое расстояние между соседними мономерами) актина

2,75 нм и её период (полный повтор) 36 нм, шаг миозиновой спирали 14,5 нм, период 43 нм. Положение главных рефлексов на рентгенограмме показано на схеме Г.

6
Миофибриллы в скелетной мышце упорядочены настолько хорошо, что упаковка сократительных белков в саркомере близка к кристаллической. Актин, миозина также другие белки толстых и тонких нитей порождают богатый набор экваториальных и меридиональных рефлексов и слоевых линий на дифракционной диаграмме.Наиболее яркие рефлексы видны на экваторе – оси детектора, перпендикулярной оси волокна. Рефлексы на меридиане – оси детектора, параллельной оси волокна, – заметно слабее. Слоевые линии – рефлексы в форме линий, параллельных экватору, в целом, ещё менее яркие, чем меридиональные рефлексы. Соответствие между белковыми структурами саркомера и рентгенодифракционной картиной схематически показано на рис. 1.1. Экваториальные рефлексы отражают регулярную упаковку нитей в плоскости, перпендикулярной оси волокна меридиональные рефлексы обусловлены периодически повторяющимися структурами вдоль оси. Наиболее яркий меридиональный рефлекс М в 1/14,5 нм соответствует периодичности выхода миозиновых головок со ствола толстой нити,
14,5 нм. Спиральная организация молекул актина и миозина в нитях порождает семейства актиновых и миозиновых слоевых линий на рентгенограмме появление актин-миозиновых слоевых линий вызвано тем, что распределение присоединённых к тонким нитям миозиновых головок сохраняет 14,5 нм периодичность толстой нити. Глава 2. Объект и методы исследования Результаты, вошедшие в диссертацию, были получены в экспериментах на двух типах объектов одиночных интактных волокнах скелетной мышцы лягушки и одиночных химически демембранизованных волокнах скелетной мышцы кролика. Экспериментальная установка для рентгенодифракционных экспериментовсостояла из следующих основных узлов экспериментальной термостатируемой камеры, или ячейки линейного мотора для продольных деформаций мышечного волокна датчика силы устройства измерения длины саркомеров комплекса приборов для задания скачка температуры и измерения его величины компьютерных плати программ управления экспериментом и цифровой регистрации сигналов датчиков, а также устройства дистанционного управления положением экспериментальной камеры. Джоулев скачок температуры получали пропусканием высоковольтного импульса переменного тока частотой 40 кГц и длительностью 0,15 – 1 мс через одиночное мышечное волокно (или пучок волокон, подвешенное во влажном воздухе камеры при температуре 5 °C Максимальная амплитуда напряжения достигала 5 кВ, что позволяло повышать температуру волокна до 40 °C (Bershitsky, Tsaturyan, 1995, 2002).

7 Эксперименты были выполненына станции 16.1 источника синхротронного излучения SRS (Daresbury Laboratory, Великобритания) и станции ID02 Европейского источника синхротронного излучения ESRF Франция. Дифракционные рентгенограммы регистрировали с помощью двухкоординатного детектора. Для анализа рентгеновских данных использовали пакеты программ (BSL, XOTOKO, XFIT и XFIX), разработанных в Лаборатории Дасбери в рамках программы ССР13, а также программы для персональных компьютеров, работающих под операционной системой Windows: Peakfit (Jandel Scientific; SPSS, Chicago, IL), HV (Dr A.
Stewart, Brandeis University, Waltham, MA) и BS. Последняя программа была написана автором (Koubassova, 2003). Глава 3. Интерференционное расщепление миозинового меридионального рефлекса M3 в активно сокращающихся интактных волокнах мышцы лягушки В изометрическом сокращении миозиновый меридиональный рефлекс М расщепляется на два суб-пика. Предложена модель, объясняющая расщепление рефлекса М интерференцией рентгеновских лучей, рассеянных на симметричных половинах саркомера. Показано, что структурные изменения в миозиновых нитях при активации не зависят от длины зоны перекрытия.
3.1. Экспериментальные результаты Мы регистрировали рентгенограмму интактного волокна скелетной мышцы лягушки в двух состояниях, в покое и на плато изометрического тетануса на источнике ESRF. В меридиональном распределении интенсивностей рефлексов Ми М видны два или три пика. При активации мышечного волокна осевой профиль М почти не менялся, малоугловой пик оставался примерно вдвое выше высокоуглового. Меридиональное распределение интенсивности рефлекса М изменялось существенно. В состоянии покоя большая часть всей интенсивности М находилась в центральном пике в
(14,35 нм, а пики, соответствующие периодам 14,15 нм и 14,55 нм, составляли лишь небольшую часть интенсивности МВ активном сокращении рефлекс М состоял из двух пиков примерно равной интенсивности с координатами (14,46 нм и
(14,67 нм в обратном пространстве. Для изменения длины зоны перекрытия актиновых и миозиновых нитей волокно медленно растягивали в расслабленном состоянии, постепенно увеличивая длину саркомеров. В расслабленном волокне с уменьшением зоны перекрытия I
M3
падала, а радиальная ширина рефлекса М увеличивалась.В активном сокращении снижение интенсивности Мс увеличением длины саркомеров было еще более выраженным, но при этом

8 его ширина почти не изменялась. Чтобы определить количественную зависимость I
M3
от длины саркомеров, мы умножали наблюдаемую интенсивность рефлекса на его ширину (Huxley и др, 1982), а также нормировали I
M3
в активном сокращении на I
M3
в том же волокне при той же длине саркомеров в расслабленном состоянии. Скорректированное таким образом значение I

M3,
I
M3n
, можно сравнивать в разных волокнах при разных длинах саркомера. Оказалось, что I
M3n линейно убывает при увеличении длины саркомеров от 2,2 мкм до 3,2 мкм, прямо пропорционально длине зоны перекрытия между актиновыми и миозиновыми нитями в саркомере и, следовательно, доле миозиновых головок, которые могут взаимодействовать с актином и развивать силу. В изометрическом сокращении отношение максимумов высокоуглового и малоуглового пиков интенсивности М слабо зависело от длины саркомеров в интервале 2,0 – 3,2 мкм. Расстояние между двумя максимумами М уменьшалось с увеличением длины саркомеров. Этот эффект был заметнее при более коротких длинах саркомеров, при которых I
M3
выше, и, следовательно, измерения осевого положения максимумов в этой области длины зоны перекрытия нитей были более точными Как будет показано ниже, такое поведение соответствует увеличению интерференционного расстояния между ярусами присоединённых к актину миозиновых головок.
3.2. Математическая модель интерференционного расщепления М3
Предполагая, что саркомер симметричен относительно М-линии, интенсивность I(Z) меридионального миозинового рефлекса можно вычислить как квадрат косинус-преобразования Фурье, F(Z), осевой проекции электронной плотности

(z) миозиновых головок I(Z) = F
2
(Z), где
,
dz
)
z
(
)
Zz
cos(
)
Z
(
F
m
l




0 2
2
(3.1)
z, Z – осевые координаты в физическом и обратном пространствах, соответственно начало координат физического пространства совпадает с центром саркомера, l
m
– половина длины толстой нити. Дополнительные предположения позволяют записать F(Z) ив явном виде. Пусть 1) число миозиновых головок, дающих вклад в рефлекс, и их конфигурация одинаковы в каждом ярусе 2) расстояние между соседними ярусами, d, постоянно по всей длине толстой нити.
Числоярусов в полусаркомере мышцы лягушки известно, N = 49
(Sjöström, Squire, 1977; Craig, 1977); центры миозиновых решёток в левой и правой половинах толстой нити находятся на расстоянии L = 2b+(N

1)d друг от друга b
– осевое расстояние от центра саркомера до центра масс первого яруса миозиновых головок, или половина длины голой зоны, примерно

9 80 нм (Page, Huxley, 1963; Squire, 1981). Величину L будем называть интерференционным расстоянием. Зная F
0
(Z) = |F
0
(Z)|exp(i

(Z)) – одномерное осевое преобразование Фурье яруса головок, можно выписать выражение для интенсивности


)
(
)
(
,
)
sin(
)
sin(
)
(
)
1
(
2
(
cos
)
(
)
(
2 0
Z
F
Z
I
dZ
NdZ
Z
d
N
b
Z
Z
F
Z
F









, (3.2) Заметим, что если симметрия нарушена и формула (3.1) неприменима, следует пользоваться общими формулами теории дифракции (Bайнштейн,
1963). В упрощённой модели точечных дифракторов (ТД), пренебрегают распределением электронной плотности внутри яруса и считают её сосредоточенной в центре масс яруса. Тогда


)
(
sin
)
(
sin
)
(
cos
)
(
,
)
sin(
)
sin(
)
)
1
(
2
(
cos
)
(
2 2
2
dZ
NdZ
ZL
Z
I
dZ
NdZ
d
N
b
Z
Z
F










. (3.3) Если все головки в ярусе имеют одинаковую форму и ориентацию, а также расположены с периодом d, тов формуле (3.2) F
0
(Z) – преобразование Фурье одной головки. Поскольку характерный поперечный размер миозиновой головки составляет 5 нм, то характерный размер области в которой
F
0
(Z) заметно изменяется, имеет порядок (1/5 нм = 0,2 нм (Вайнштейн,
1963). В силу этого в интервале Z от 0,065 до 0,073 нм, где сосредоточена интенсивность рефлекса М (рис. 3.2), F
0
(Z) меняется слабо. Поэтому при моделировании одного рефлекса М результаты расчётов по модели одинаковых (3.2) или точечных (3.3) дифракторов совпадают. Среднее положение миозиновой головки при расчёте было таким же, как в работе
Dobbie и др. (1998) и сконструировано из модели ригорной головки (Rayment и др, 1993) поворотом домена лёгких цепей на 40º в сторону центра саркомера. Для анализа экспериментальных данных мы использовали модель точечных дифракторов. Расстояние между соседними ярусами миозиновых головок вычисляли как 1/S
M3
, где S
M3
– координата рефлекса M3 в обратном пространстве, вычисленная как центр масс интенсивности всего рефлекса. Наилучшее приближение к наблюдаемому распределению интенсивности при дифракции на волокнах с длинами саркомеров, соответствующими полному перекрытию актиновых и миозиновых нитей, было достигнуто при длине голой зоны 167,5 нм (b = 83,75 нм.

10 Рис. 3.2. Результаты моделирования профиля рефлекса М при разных длинах саркомеров Аи В наблюдаемые (сплошные линии) и расчётные (пунктир) распределения интенсивности М в активном сокращении при длинах саркомеров
2,07 и 2,75 мкм соответственно. Данные нормированы на высоту максимального пика в А. Б и Г схема расположения ярусов миозиновых головок при двух разных длинах саркомера. Миозиновые головки вне зоны перекрытия (показаны серым цветом) находятся в большем беспорядке, чем в зоне перекрытия (показаны чёрным). При увеличении длины саркомеров растёт и расстояние между центрами дифрагирующих миозиновых решёток (рис. 3.2). При увеличении L в модели расстояние между интерференционными максимумами уменьшалось, в соответствии с экспериментальными данными. Несоответствие расчёта и эксперимента при больших длинах саркомеров может быть вызвано увеличивающимся числом отсоединённых головок, вклад которых в Мне учитывался моделью. Относительная интенсивность пиков Мне зависела от длины саркомеров. И это экспериментальное наблюдение тоже воспроизводится моделью, в которой периодичность ярусов миозиновых головок вдоль ствола толстой нити одинакова ив перекрытой, ив неперекрытой зоне саркомера.
3.3. Обсуждение результатов Оказалось, что и нормированная интенсивность Ми нормированное активное изометрическое напряжение в волокне имеют одинаковую

11 линейную зависимость от длины саркомеров в интервале 2,2 – 3,2 мкм, те. структурные изменения в миозиновых нитях при активации не зависят от длины зоны перекрытия. И I
M3n
, и напряжение пропорциональны длине перекрытия актиновых и миозиновых нитей, следовательно, рефлекс М в изометрическом сокращении обусловлен, главным образом, миозиновыми головками, находящимися в зоне перекрытия. Хотя доля головок, присоединённых к актину, в точности неизвестна, большие изменения I
M3
в первую миллисекунду после быстрых изменений длины препарата показывают, что основной вклад в М дают именно присоединённые к актину миозиновые головки (Huxley и др, 1983; Irving и др, 1992; Lombardi и др, 1995). Головки, находящиеся вне зоны перекрытия, дают небольшой вклад в интенсивность М в активном сокращении. В отличие от М, интенсивность М в активном сокращении почти не зависела от длины саркомеров. Следовательно, значительный вклад в интенсивность М дают стволовые участки миозиновых молекул, составляющих основу толстой нити, и расположенные на ней минорные белки, а также, возможно, отсоединённые миозиновые головки. В процессе мышечного сокращения в миозиновых головках происходят конформационные изменения, которые приводят к движению актиновых нитей к центру саркомера. Интерференционное расщепление интенсивности М может быть инструментом для измерения осевого движения актин- миозиновых моторов. При движении миозиновой головки меняется положение её центра масс си, следовательно, должно меняться интерференционное расстояние L, определяющее соотношение между интенсивностями суб-пиков рефлекса (рис. 3.3). Чтобы оценить устойчивость модели по отношению к возможным нарушениям симметрии, мы рассмотрели несколько возможных вариантов отклонения положений ярусов миозиновых головок от их идеального расположения в регулярной симметричной дифракционной решётке, рассматриваемой в модели одинаковых дифракторов. При реалистичных искажениях решётки получали изменения R в пределах 5 %. Таким образом, результаты расчетов показали, при достаточном пространственном разрешении рентгенодифракционных данных в меридиональном направлении отношение значений интенсивности в высокоугловом и малоугловом суб-пиках, R, может быть использовано для измерения интерференционного расстояния L, которое, в свою очередь, можно использовать для определения субнанометровых осевых перемещений миозиновых головок.

12 Рис. 3.3.
Схема метода интерферометрии А Модель одинаковых дифракторов. Каждый из N ярусов миозиновых головок в полусаркомере представлен эквивалентной миозиновой головкой, расстояние между соседними головками постоянно и равно d. Расстояние от центра саркомера до первого яруса миозиновых головок обозначено b. В этой модели b есть сумма двух интервалов – расстояния от центра саркомера до точки соединения головок данного яруса со стволом толстой нити, h, и расстояния от этой точки до центра электронной плотности яруса, с (врезка справа. Б Движение миозиновой головки изменяет расстояние с. При этом возможны также изменения голой зоны, поэтому изменение

b, определяющее профиль интерференционного расщепления рефлекса, складывается из

c и

h,

b =

h +

c (врезка справа. Глава 4. Измерение упругих свойств миозиновых молекул в состоянии
  1   2   3   4

перейти в каталог файлов
связь с админом