Кіріспе
Миозиндер – моторлық ақуыздардың суперғауылы. Миозиндер бұлшықеттердің жиырылуындағы және эукариоттардың көптеген басқа да қозғалыс процестерімен байланысты. Олар АТФ-қа тәуелді және актинге негізделген қозғалысқа жауапты. Алғашқы миозин (М2) 1864 жылы Вильгельм Кюнемен ашылды. Кюне скелеттік бұлшықеттен бұлшықеттің кернеуін сақтауға жауапты деп санайтын қою ақуызды бөліп алды және осы ақуызды миозин деп атады. Бұл термин жолақты бұлшықет тіні мен тегіс бұлшықет тіні жасушаларында табылған ұқсас АТФазалар тобын да қамтиды. 1973 жылы *Acanthamoeba castellanii* ағзасында миозинге ұқсас функциясы бар ферменттердің табылуынан кейін, эукариоттар әлемінде әртүрлі миозин гендерінің кең ауқымы анықталды. Бастапқыда миозин тек бұлшықет жасушаларында ғана кездесетін деп есептелгенімен (содан myo(s) + in), жалғыз "миозин" жоқ; керісінше, ол актинмен байланысу, АТФ гидролизі (АТФаза ферментінің активтілігі) және күштің берілуі сияқты негізгі қасиеттерін бөлісетін өте кең гендер суперғауылы болып табылады. Көптеген эукариоттық жасушаларда миозиннің изоформалары бар. Кейбір изоформалар белгілі бір жасуша түрлерінде (мысалы, бұлшықеттерде) арнайы функцияларды орындайды, ал басқалары кең таралған. Миозиннің құрылымы мен функциясы түрлер арасында сақталған, сондықтан қоян бұлшықетінің II миозині амебадан алынған актинмен байланыса алады.
Myosins ('/m//aɪ//ə//s//ᵻ//n//, // //oʊ// /) are a superfamily of motor proteins best known for their roles in muscle contraction and in a wide range of other motility processes in eukaryotes. They are ATP dependent and responsible for actin based motility. The first myosin (M2) to be discovered was in 1864 by Wilhelm Kühne. Kühne had extracted a viscous protein from skeletal muscle that he held responsible for keeping the tension state in muscle. He called this protein myosin. The term has been extended to include a group of similar ATPases found in the cells of both striated muscle tissue and smooth muscle tissue. Following the discovery in 1973 of enzymes with myosin like function in Acanthamoeba castellanii, a global range of divergent myosin genes have been discovered throughout the realm of eukaryotes. Although myosin was originally thought to be restricted to muscle cells (hence myo (s) + in), there is no single "myosin"; rather it is a very large superfamily of genes whose protein products share the basic properties of actin binding, ATP hydrolysis (ATPase enzyme activity), and force transduction. Virtually all eukaryotic cells contain myosin isoforms. Some isoforms have specialized functions in certain cell types (such as muscle), while other isoforms are ubiquitous. The structure and function of myosin is globally conserved across species, to the extent that rabbit muscle myosin II will bind to actin from an amoeba.
Домендер
Миозин молекулаларының көпшілігі бас, мойын және құйрық домендерінен тұрады. Бас домені талшықты актинмен байланысады және күш тудыру үшін, сондай-ақ талшық бойымен тікенді (+) ұшына қарай "қозғалу" үшін АТФ гидролизін пайдаланады (миозин VI-ны қоспағанда, ол сүйір ұшына қарай қозғалады). Мойын домені линкер ретінде және күшті, катализдік қозғалтқыш доменінен туындаған күшті беруге арналған рычаг ретінде әрекет етеді. Мойын домені сондай-ақ миозиннің жеңіл тізбектері үшін байланысу орны болып табылады, бұл макромолекулалық кешеннің құрамына кіретін және көбінесе реттеуші функцияларды атқаратын ерекше ақуыздар. Құйрық домені көбінесе жүк молекулаларымен және/немесе басқа миозин субъектілерімен өзара әрекеттесуді қамтамасыз етеді. Кейбір жағдайларда құйрық домені моторлық белсенділікті реттеуде рөл атқарады.
Қуатты соққы
Көптеген миозин II молекулалары қаңқа бұлшық етінде АТФ гидролизінен босатылған энергиямен қамтамасыз етілетін қуат соққы механизмі арқылы күш жасайды. Қуат соққысы миозин молекуласы актинге берік байланысқан кезде АТФ гидролизінен кейін фосфаттың босатылуы кезінде орын алады. Бұл босатудың нәтижесі молекуланың конформациялық өзгеруі болып табылады, ол актинге қарсы тартылады. АДФ молекуласының босатылуы миозиннің қатаң күйіне (ригор жағдайына) алып келеді. Жаңа АТФ молекуласының байланысуы миозиннің актиннен босауына себеп болады. Миозин ішіндегі АТФ гидролизі оның актинге қайта байланысуына және циклдың қайталануына әкеледі. Көптеген қуат соққыларының бірлескен әсері бұлшықеттің жирылуына себеп болады.
Номенклатура, эволюция және туыстық ағаш
Миозин гендерінің эукариоттар филумында кездесетін кең түрлілігі олар табылған кезде әртүрлі схемалар бойынша аталып келді. Сондықтан, миозин ақуыздарының функцияларын организмдер ішінде және арасында салыстыруға тырысқанда номенклатура шатастыратын болуы мүмкін. Скелеттік бұлшық ет миозині, бұлшық ет талшықтарындағы көп мөлшеріне байланысты миозин суперайылының ең айқын өкілі болып табылады. Бұл ақуыз саркомердің бір бөлігін құрайды және көптеген миозин суббірліктерінен тұратын макромолекулалық жіпшелерді жасайды. Миозин құрайтын ұқсас жіпшелер жүрек бұлшық еттерінде, тегіс бұлшық еттерде және бұлшық емес жасушаларда да табылды. Алайда, 1970 жылдардан бастап зерттеушілер қарапайым эукариоттарда миозиннің жаңа гендерін таба бастады және олар бұлшық еттерден басқа көптеген тіндерде де кездеседі. Бұл жаңа суперайылы мүшелері олардың бас домендерінің аминқышқылдық тізбектерін салыстыру нәтижесінде алынған филогенетикалық байланыстарға сәйкес топтастырылды, әр классқа рим саны тағайындалды (филогенетикалық ағашқа қараңыз). Конвенциялық емес миозиндердің де ерекшеленетін құйрық домендері бар, бұл олардың бірегей функцияларын көрсетеді. Миозиндердің қазіргі әртүрлі жиынтығы, әлдебір ортақ атадан пайда болған болуы мүмкін (суретті қараңыз). Әртүрлі миозиндердің аминқышқылдық тізбектерін талдау құйрық домендері арасында үлкен айырмашылықты, бірақ бас домендер тізбектерінің жоғары сақталуын көрсетеді. Бұл, миозиндердің құйрықтары арқылы көптеген түрлі жүктермен өзара әрекеттесе алуы үшін, ал әр жағдайдағы мақсат – актин жіпшелерімен қозғалу – бірдей болып қала береді, сондықтан қозғалтқышта бірдей механизм қажет. Мысалы, адам геномында 40-тан астам миозин гені бар. Бұл формадағы айырмашылықтар миозиндердің актин жіпшелерімен қозғалу жылдамдығын да анықтайды. АТФ гидролизі және одан кейінгі фосфат тобының босауы «қуатты соққыны» тудырады, онда ауыр тізбектің «рычагі» немесе «мойны» аймағы алға тартылады. Қуатты соққы әрқашан рычагты бірдей бұрышқа жылжытатындықтан, рычагтың ұзындығы актин жіпшесіне қатысты жүктің орын ауыстыруын анықтайды. Ұзын рычаг жүктің үлкен қашықтықты жүзуіне себеп болады, тіпті рычагтың бұрыштық орын ауыстыруы бірдей болса да – дәл осылай, ұзын аяқтары бар адам әр қадаммен алысқа жылжи алады. Миозин қозғалтқышының жылдамдығы АТФ байланысынан АДФ босатылуға дейінгі толық кинетикалық циклды өту жылдамдығына байланысты.
Миозин I
Миозин I – кең таралған жасушалық белок, мономер ретінде жұмыс істейді және көпіршіктерді тасымалдауға қатысады. Оның қадамдық өлшемі 10 нм-ге тең, ал ішкі құлақтағы стереоцилиялардың бейімделу жауабына байланысты екендігі анықталды.
Миозин II
II миозин (сонымен қатар, дәстүрлі миозин деп те аталады) – көптеген жануарлар жасушаларында бұлшық жасушаларының жиырылуын қамтамасыз ететін миозин түрі. Ол бұлшық емес жасушаларында да стресс талшықтары деп аталатын жиырылғыш шоғырларда кездеседі. Миозин II екі ауыр тізбектен тұрады, әрқайсысы шамамен 2000 аминқышқылынан, олар бас және құйрық домендерін құрайды. Бұл ауыр тізбектердің әрқайсысы N-терминальды бас доменін қамтиды, ал C-терминальды құйрықтары екі ауыр тізбекті бірге ұстап, спираль тәрізді морфологияны қалыптастырады (бір-біріне оралған екі жыланды көзге елестетіңіз, мысалы, кадуцейдегідей). Сондықтан, миозин II екі басқа ие. Ортаңғы мойын аймағы – бас пен құйрық арасындағы бұрышты құрайтын аймақ. Тегіс бұлшықетте бір ген (MYH11) ауыр тізбекті миозин II-ні кодтайды, бірақ осы геннің майлау варианттары төрт түрлі изоформаға әкеледі. Фильм 10S конформациясындағы миозин II-мен басталады, құйрық домені бүктелген, басы бұғатталған және бос баспен. Фильм құйрықтың ашылуын және одан кейін 6S белсенді конформациясын, содан кейін құйрықтың 10S конформациясына қайта бүктелуін схемалық түрде көрсетеді. Сурет түсіндірмелік: бүктеу/ашылумен байланысты уақытша күйлер мен диффузиялық қозғалыстар көрсетілмейді. MLC20 сонымен қатар реттегіш жеңіл тізбек деп танылады және бұлшықет жиырылуына белсенді қатысады. Күш өндіретін бас домендері қалың жіптің жанынан шығып, тиісті химиялық сигналдарға жауап ретінде іргелес актинге негізделген жіңішке жіптермен бірге қозғалуға дайын, және автоингибицияланған немесе белсенді конформацияда болуы мүмкін. Активті және белсенді емес күйлер арасындағы тепе-теңдік/ауысу кең химиялық реттеуге жатады.
Миозин III
Миозин III – миозин тұқымдасының жетік зерттелмеген мүшесі. Ол Drosophila-ның көздерінде тірі организмде (in vivo) зерттелді, онда фототрансдукция процесінде қатысады деп саналады. Адам геномдық жобасы барысында миозин III-тің адамдағы гомолог гені, MYO3A анықталды және ол торша қабығы мен кохлеада экспрессияланады.
Миозин IV
Миозин IV-те бір IQ мотиві және спираль құрайтын тізбегі жоқ құйрығы бар. Ол миозин VII және XV құйрық домендеріне ұқсас гомологияға ие.
Миозин V
Миозин V – димер түрінде процессивті және 36 нм қадамдық өлшемі бар, конвенциялық емес миозин моторы. Ол актин талшықтары бойымен талшықтардың тікенді (+) ұшына қарай жылғалады. Миозин V жүкті (мысалы, РНК, везикулалар, органеллалар, митохондриялар) жасушаның ортасынан шетіне тасымалдаумен айналысады, бірақ сонымен қатар динамикалық бекіткіш ретінде әрекет етеді, везикулалар мен органеллаларды актинге толы жасуша шетінде ұстап тұрады. Актин талшықтарын құрастыру бойынша жақында жүргізілген in vitro зерттеуде Миозин V жаңадан құрастырылған (ADP Pi-ға бай) F актинде көбірек қашықтыққа жылғалатыны, ал процессивті жүгіру ұзақтығы ескі (ADP-ға бай) F актинде қысқа болатыны көрсетілді. Миозин VI – конвенциялық емес миозин моторы, ол негізінен димер ретінде процессивті, бірақ процессивті емес мономер ретінде де әрекет етеді. Ол актин талшықтарымен бірге жылғалады, талшықтың сүйір ұшына (– ұшына) қарай жылғалады. Миозин VI эндоциттік везикулаларды жасушаға тасымалдайды деп саналады.
Миозин VII
Миозин VII – құйрық аймағында екі FERM домені бар конвенциялық емес миозин. Оның бес кальмодулин байланыстыратын IQ мотивтерінен және бір альфа спиралынан (SAH) тұратын ұзартылған рычагтық қолы бар. Миозин VII Dictyostelium discoideum-да фагоцитоз, C. elegans-да сперматогенез, ал егеуқұйрықтар мен зебра балықтарында стереоцилиялардың қалыптасуы үшін қажет.
Миозин VIII
VIII миозин – өсімдіктерге тән, жасуша бөлінуімен байланысты миозин. Ол жасушалар арасындағы цитоплазма ағынын реттеу және везикулаларды фрагмопластқа жеткізуде маңызды рөл атқарады.
Миозин IX
Миозин IX – бір басшы моторлы ақуыздар тобы. Алғашқыда минус ұшына қарай қозғалатыны көрсетілді, бірақ кейінгі зерттеу оның плюс ұшына қарай қозғалатынын анықтады. Бұл миозиннің қозғалыс механизмі жетік түсініксіз.
Миозин X
Миозин X – димер түрінде жұмыс істейтін, дәстүрлі емес миозин моторы. Миозин X-тің димеризациясы антипараллельді болады деп саналады. Мұндай мінез-құлық басқа миозиндерде кездеспейді. Сүтқоректілер жасушаларында бұл мотор филоподияларда орналасады. Миозин X талшықтардың тікенді ұштарына қарай қозғалады. Кейбір зерттеулер оның актиннің жеке талшықтарына қарағанда, түйіршіктерінде жылжуға бейім екенін көрсетеді. Бұл мінез-құлқын көрсететін алғашқы миозин моторы осы.
Миозин XI
Миозин XI өсімдік жасушаларындағы пластидтер мен митохондриялар сияқты органеллалардың қозғалысын бағыттайды. Ол хлоропластардың жарық қарқынына сәйкес жарықпен бағытталған қозғалысына және әртүрлі пластидтерді байланыстыратын струмулдардың қалыптасуына жауапты. Миозин XI полярлық тамыр ұшының өсуінде маңызды рөл атқарады және тамыр түктерінің дұрыс созылуы үшін қажет. Nicotiana tabacum-да табылған белгілі бір Myosin XI актин талшығы бойымен 35 нм қадамдармен 7 мкм/с жылдамдықпен қозғалатын, белгілі ең жылдам процессивті молекулалық мотор болып табылды.
Миозин XIV
Бұл миозин тобы Апикомплекс тайпасында табылған. Миозиндер жасуша ішіндегі паразиттердің плазмалық мембраналарында орналасады және осыдан кейін жасушаға ену процесіне қатысуы мүмкін. Бұл миозин сондай-ақ кірпікшелі протозоа Tetrahymena thermaphila-да да кездеседі. Белгілі функциялары: фагосомаларды ядроға тасымалдау және конъюгация кезінде макронуклеус жойылуының даму барысындағы реттелуін бұзу.
Миозин XV
Миозин XV ішкі құлақта орналасқан қозғалмайтын стереоцилиялардың актин ядролық құрылымын қалыптастыру үшін қажет. Ол мономер түрінде функционалды жұмыс істейді деп саналады.
Миозин XVIII
MYO18A – 17q11.2 хромосомасында орналасқан, АТФаза активтілігіне ие актинге негізделген моторлық молекулаларды кодтайтын ген, бұл клеткааралық байланысты сақтау үшін қажетті стромальды клеткалық қаңқаны күтіп ұстауға қатысуы мүмкін.
Миозин XIX
Мүгедектік емес миозин XIX (Myo19) – митохондриямен байланысты миозин қозғалтқышы.
Парамиозин
Парамиозин – ірі, 93-115 кДА бұлшық ет ақуызы, ол көптеген әртүрлі омыртқасыздар тізімінде сипатталған. Омыртқасыздардың қалың жіпшелері миозинмен оралған ішкі парамиозин ядросынан тұрады деп саналады. Миозин актинмен өзара әрекеттеседі, нәтижесінде жіпшелер жиырылады. Парамиозин көптеген омыртқасыздар түрлерінде табылады, мысалы, Brachiopoda, Sipunculidea, Nematoda, Annelida, Mollusca, Arachnida және Insecta.