Разделы презентаций

МОТОРНЫЕ БЕЛКИ 1

Содержание

ОТКРЫТИЕ КИНЕЗИНА – НАЧАЛО НОВОЙ ЭРЫ ИССЛЕДОВАНИЙMarine Biological LaboratoryWoods Hole, USA1 ммвыдавленная цитоплазмагигантский аксон кальмараVideo-enhanced microscopy(differential interference contrast)1985(Ron Vale’s homepage)Robert AllenShinya Inoue

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1МОТОРНЫЕ БЕЛКИ

МОТОРНЫЕ БЕЛКИ

Слайд 2ОТКРЫТИЕ КИНЕЗИНА – НАЧАЛО НОВОЙ ЭРЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Marine Biological Laboratory
Woods Hole,

USA
1 мм
выдавленная
цитоплазма
гигантский аксон
кальмара
Video-enhanced microscopy
(differential

interference contrast)

1985

(Ron Vale’s homepage)

Robert Allen
Shinya Inoue

ОТКРЫТИЕ КИНЕЗИНА – НАЧАЛО НОВОЙ ЭРЫ ИССЛЕДОВАНИЙMarine Biological LaboratoryWoods Hole, USA1 ммвыдавленная цитоплазмагигантский аксон

Слайд 3Кинезины (Kinesins) и динеины (Dyneins) перемещаются по микротрубочкам
кинезины
кинезин-14
динеины
ТРИ КЛАССА МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ

АТФаз
Миозины (Myosins) перемещаются по актиновым филаментам

миозины
миозин VI

Кинезины (Kinesins) и динеины (Dyneins) перемещаются по микротрубочкамкинезиныкинезин-14динеиныТРИ КЛАССА МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ АТФазМиозины (Myosins) перемещаются по актиновым филаментаммиозинымиозин VI

Слайд 4МИОЗИН II ИЗ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ
шея
Coiled coil - хвост
Легкие цепи
Моторные

головки
Область антипараллельного
перекрывания хвостов
Миозиновые головки
150 нм
500 нм
2

нм

Тяжелые цепи ~200 кДа
Легкие цепи ~ 20 кДа

R-LC
E-LC

МИОЗИН II ИЗ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ шеяCoiled coil - хвостЛегкие цепиМоторные головкиОбласть антипараллельного перекрывания хвостов Миозиновые

Слайд 5СЕМЕЙСТВО МИОЗИНОВ – 17 классов
Моторный домен
тип
миозина
структура
1000 аминокислотных

остатков

СЕМЕЙСТВО МИОЗИНОВ – 17 классовМоторный домен тип миозинаструктура1000 аминокислотных остатков

Слайд 6МИОЗИН V
моторные домены
6 легких цепей
связывание
карго

МИОЗИН Vмоторные домены6 легких цепейсвязывание карго

Слайд 7МОЛЕКУЛА КИНЕЗИНА-1 - ГЕТЕРОТЕТРАМЕР
легкие цепи
~60 кДа
coiled coil стержень с

изгибом
хвостовой участок
тяжелой цепи
80 нм
тяжелые цепи

~120 кДа

моторные
головки

МОЛЕКУЛА КИНЕЗИНА-1 - ГЕТЕРОТЕТРАМЕРлегкие цепи ~60 кДаcoiled coil стержень с изгибомхвостовой участок тяжелой цепи80 нмтяжелые

Слайд 9КИНЕЗИНЫ: ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА
кинезин-1
Моторный домен:
360 аминокислотных остатков
АТФазный центр

участок связывания с
микротрубочкой
Кинезины, идентифицированные в мыши
(Hirokawa et

al., 2009)

Coiled coil домен:
параллельная димеризация
разнесение в пространстве
моторного домена и участка
связывания карго

Хвостовой домен:
связывание аксессорных
субъединиц
взаимодействие с карго
регуляторные участки

кинезин-3

кинезин-2

кинезин -4

кинезин-13

кинезин-14

кинезин-3

кинезин-2

кинезин-4

КИНЕЗИНЫ: ДОМЕННАЯ СТРУКТУРАкинезин-1Моторный домен: 360 аминокислотных остатков АТФазный центр участок связывания с микротрубочкойКинезины, идентифицированные в

Слайд 10МОТОРНЫЕ ДОМЕНЫ КИНЕЗИНА И МИОЗИНА
Нуклеотид-связывающий

карман
Моторный домен кинезина
Участок
связывания

актина

Участок связывания
легких цепей(рычаг)

Конверторный
домен

Моторный домен
миозина

Нуклеотид-связывающий
карман

по данным рентгено-структурного анализа

«Core» =180 аминокислот

6 ß-изгибов
3 х 2 α-спиралей

(Rayment et al., 1993,
Kull et al., 1996)

МОТОРНЫЕ ДОМЕНЫ КИНЕЗИНА И МИОЗИНА Нуклеотид-связывающий карманМоторный домен кинезина Участок

Слайд 11МЕХАНОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ
МЫШЕЧНОГО МИОЗИНА
Связывание АТФ – диссоциация

от актина

Гидролиз АТФ – подъем плеча рычага

Связывание с актином –

освобождение фосфата

Освобождение фосфата - прочное связывание
с актином с последующим поворотом рычага

Освобождение АДФ – обмен на АТФ в связанном
с актином состоянии

активация полимерным актином
АТФазной активности = 200х

ATP

ADP+Pi

Pi

ADP

ATP

МЕХАНОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ МЫШЕЧНОГО МИОЗИНАСвязывание АТФ – диссоциация от актинаГидролиз АТФ – подъем плеча рычагаСвязывание с

Слайд 12Ron Vale’s lab

Ron Vale’s lab

Слайд 13МЕХАНОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ

КИНЕЗИНА-1
Связывание АТФ – изменение взаимного
расположения

моторного домена и шеи –
прочное связывание с микротрубочкой

Связывание с микротрубочкой – перемещение
задней головки вперед – фиксирование этой
головки на следующей β – субъединице тубулина
(на расстоянии 8 нм)

Гидролиз АТФ в задней головке – освобождение
АДФ и фосфата – диссоциация от микротрубочки

4. Обмен АДФ на АТФ в передней головке

активация АТФазной активности
микротрубочками = 5000х

ATP

ADP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP+Pi

ADP+Pi

ATP

МЕХАНОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ КИНЕЗИНА-1Связывание АТФ – изменение взаимного

Слайд 14(Ron Vale’s lab)

(Ron Vale’s lab)

Слайд 15ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЙ ДИНЕИН: АТФаза ААА+
легкие цепи ~10-14 kDa
тяжелые цепи ~ 530

kDa
легкие промежуточные цепи ~33-59 kDa
промежуточные цепи ~ 74 kDa
Тяжелая цепь

цитоплазматического динеина

связывание с
микротрубочками

АТФазная
активность

1,2 млн Da

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЙ ДИНЕИН: АТФаза ААА+легкие цепи ~10-14 kDaтяжелые цепи ~ 530 kDaлегкие промежуточные цепи ~33-59 kDaпромежуточные цепи ~

Слайд 16СЕМЕЙСТВО ДИНЕИНОВ
7 классов на основе выравнивания последовательностей тяжелых цепей


цитоплазма
эукариотических клеток



реснички и жгутики

(cytoplasmic dynein 1 and 2)

(axonemal dynein)

Класс I

Класс II

транспорт
цитоплазматических
грузов

транспорт внутри
жгутика и реснички
IFT

СЕМЕЙСТВО ДИНЕИНОВ 7 классов на основе выравнивания последовательностей тяжелых цепей

Слайд 17
реснички и жгутики

axonemal dyneins
Класс III
Класс IV
Класс

V
Класс VI
Класс VII
Outer arms dynein
Inner arms dynein
(Hook & Vallee, 2006)
α

outer arm
dynein

β outer arm
dynein

γ outer arm
dynein

α inner arm
dynein

β inner arm
dynein

реснички и жгутикиaxonemal dyneinsКласс IIIКласс IVКласс VКласс VIКласс VIIOuter arms dyneinInner arms dynein(Hook

Слайд 18микротрубочка
моторный домен динеина
моторный домен кинезина-1
(Carter et al., 2011; Spudich,

2011)
РАЗМЕР – НЕ ГЛАВНОЕ?

микротрубочка моторный домен динеинамоторный домен кинезина-1(Carter et al., 2011; Spudich, 2011)РАЗМЕР – НЕ ГЛАВНОЕ?

Слайд 19(Graham Johnson, Ron Vale’s lab)

(Graham Johnson, Ron Vale’s lab)

Слайд 20СПОСОБЫ ИЗУЧЕНИЯ МОТОРНЫХ БЕЛКОВ
Электронная микроскопия отдельных молекул с

напылением металлом

Рентгеноструктурный анализ: трехмерная структура молекул

Криоэлектронная микроскопия: докинг

моторных белков на треке

Атомно-силовая микроскопия: динамика взаимодействия мотора с треком

Генетические манипуляции: идентификация важных участков белковых цепей

In vitro motility assay + оптические ловушка и пинцет: измерение скоростей и сил


СПОСОБЫ ИЗУЧЕНИЯ МОТОРНЫХ БЕЛКОВ Электронная микроскопия отдельных молекул с напылением металлом Рентгеноструктурный анализ: трехмерная структура молекул Криоэлектронная

Слайд 21КАК РАБОТАЮТ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МОТОРЫ?
Происходит ли изменение конформации при гидролизе АТФ?
Как

определяется направление?
От чего зависит процессивность мотора?
Какова скорость движения мотора вдоль

трека ?
Какую силу развивают моторные белки?
Шаги: как и на какое расстояние?
Траектория ?
------------------------------------------
Взаимодействие с треком?
Взаимодействие с карго?

КАК РАБОТАЮТ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МОТОРЫ?Происходит ли изменение конформации при гидролизе АТФ?Как определяется направление?От чего зависит процессивность мотора?Какова скорость

Слайд 22МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ДОКИНГ МИОЗИНА НА ФИЛАМЕНТЕ АКТИНА
Вращение участка S1, содержащего

легкие цепи, при диссоциации нуклеотида

(криоэлектронная микрофотография)

А – мономер актина
Mt – моторный домен
Е – essential легкая цепь
R – регуляторная легкая
цепь

(Whittaker et al., 1995)

в присутствии АДФ без нуклеотида

Смещение = 3.5 нм в
направлении минус-конца

S1

_

+

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ДОКИНГ МИОЗИНА НА ФИЛАМЕНТЕ АКТИНА Вращение участка S1, содержащего легкие цепи, при диссоциации нуклеотида

Слайд 23МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ДОКИНГ КИНЕЗИНА НА МИКРОТРУБОЧКЕ
А – прикрепленная головка
F – свободная

головка
(Arnal & Wade, 1998)
Изменение взаимного расположения головок
димерного моторного домена

кинезина-1
при связывании нуклеотида

без нуклеотида

AMP-PNP

Минимальный N-концевой
фрагмент тяжелой цепи,
способный димеризоваться

без нуклеотида

AMP-PNP

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ДОКИНГ КИНЕЗИНА НА МИКРОТРУБОЧКЕА – прикрепленная головкаF – свободная головка(Arnal & Wade, 1998)Изменение взаимного расположения головок

Слайд 24 АТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ
ATOMIC FORCE MICROSCOPY, AFM
принцип
устройство
лазер
образец
рычаг
пьезо-электрический

транслятор
детектор
поверхность
острие

АТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ ATOMIC FORCE MICROSCOPY, AFMпринципустройстволазеробразецрычагпьезо-электрический транслятордетекторповерхностьострие

Слайд 25 ПО СРАВНЕНИЮ С ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИЕЙ AFM:
имеет близкое и

даже большее разрешение

дает трехмерное изображение объекта

не требует фиксирования

образца

работает в водной или воздушной среде

-----------------------------------------------------------------------------

маленькая площадь сканирования –
всего 150 х 150 мкм2 при глубине в несколько мкм

низкая скорость сканирования
ПО СРАВНЕНИЮ С ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИЕЙ AFM: имеет близкое и даже большее разрешение дает трехмерное изображение объекта

Слайд 26Кинезин-1 на микротрубочке
in vitro в присутствии AMPPNP
Миозин V шагает

по актиновому

филаменту

ИЗОБРАЖЕНИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ
АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

(из обзора Veigel & Schmidt, 2011)

Кинезин-1 на микротрубочкеin vitro в присутствии AMPPNP Миозин V шагает по актиновому

Слайд 27 ПРОВЕРКА «ШЕИ» НА ПРОЧНОСТЬ
Coiled-coil
фрагмент
шейного участка
кинезина-1
кантилевер
AFM
фрагменты
филамина
Cys
Зависимость

расплетания супер-спирали
указывают на наличие определенного
энергитического барьера
(Bornschlogl et al., 2009)
расплетание
заплетание
cила

натяжения (pN)

удлинение (нм)

«шея»

ПРОВЕРКА «ШЕИ» НА ПРОЧНОСТЬCoiled-coil фрагмент шейного участка кинезина-1кантилеверAFMфрагменты филаминаCysЗависимость расплетания супер-спиралиуказывают на наличие определенного энергитического барьера(Bornschlogl

Слайд 28Kin 14
Kin 1
полярность
1 13

327 338 975

1 хвост Coiled-coil stalk 329 349 700

моторный домен

Coiled-coil stalk хвост

моторный домен

шея

шея

НАПРАВЛЕННОСТЬ МОТОРА ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ
НА ГРАНИЦЕ МОТОРНОГО ДОМЕНА И «ШЕИ»

13 326

ХИМЕРНЫЙ БЕЛОК 1

194 348

ХИМЕРНЫЙ БЕЛОК 2

13 326

194 346

(Endow & Waligora, 1998)

Kin 14Kin 1полярность1 13

Слайд 29 IN VITRO MOTILITY ASSAY
Моторный белок сорбируется на стекло
Пластиковые

микросферы

- Quantum Dots

- Мембранные органеллы,
выделенные из клеток
Вариант 1
Вариант

2
IN VITRO MOTILITY ASSAYМоторный белок сорбируется на стекло Пластиковые микросферы- Quantum Dots- Мембранные органеллы, выделенные

Слайд 30 ФЛУОРЕСЦИРУЮЩИЕ ФИЛАМЕНТЫ АКТИНА
СКОЛЬЗЯТ ПО СТЕКЛУ, ПОКРЫТОМУ МИОЗИНОМ

ФЛУОРЕСЦИРУЮЩИЕ ФИЛАМЕНТЫ АКТИНАСКОЛЬЗЯТ ПО СТЕКЛУ, ПОКРЫТОМУ МИОЗИНОМ

Слайд 31дифференциальный
интерференционный
контраст

дифференциальныйинтерференционный контраст

Слайд 32(Andrew Carter’s lab)

(Andrew Carter’s lab)

Слайд 33ПРОЦЕССИВНОСТЬ МОТОРНЫХ БЕЛКОВ
Плотность кинезина (мкм-2)
Плотность НММ (мкм -2)
Скорость (мкм/сек)
Скорость (мкм/сек)
Длина

микротрубочки 2.5 мкм
Длина актинового
филамента 2 мкм
непроцессивные моторы

или «гребцы»

процессивные моторы
или «переносчики»

миозин II и его фрагмент НММ
асконемальный динеин

кинезин -1
миозин V
цитоплазматический динеин

ПРОЦЕССИВНОСТЬ МОТОРНЫХ БЕЛКОВПлотность кинезина (мкм-2)Плотность НММ (мкм -2)Скорость (мкм/сек)Скорость (мкм/сек)Длина микротрубочки 2.5 мкмДлина актинового филамента 2 мкмнепроцессивные

Слайд 34 SINGLE MOLECULE FLUORESCENCE
Синтетические флуорохромы
Флуоресцирующие белки
Quantum Dots
микротрубочка
объектив


микроскопа
кинезин
возбужденный
флуорофор

SINGLE MOLECULE FLUORESCENCE Синтетические флуорохромы Флуоресцирующие белки Quantum Dotsмикротрубочкаобъектив микроскопакинезинвозбужденныйфлуорофор

Слайд 35(Ron Vale’s homepage)
Quantum Dots, покрытые динеином,

скользят по микротрубочкам
Зеленый динеин и красный кинезин
скользят по аксонеме
(Andrew Carter’s

lab)
(Ron Vale’s homepage)Quantum Dots, покрытые динеином, скользят по микротрубочкамЗеленый динеин и красный кинезинскользят

Слайд 36СКОРОСТИ, РАЗВИВАЕМЫЕ РАЗНЫМИ МОТОРНЫМИ БЕЛКАМИ

СКОРОСТИ, РАЗВИВАЕМЫЕ РАЗНЫМИ МОТОРНЫМИ БЕЛКАМИ

Слайд 37производство и регистрация сил - в диапазоне pN
временное разрешение –

миллисекунды
пространственное разрешение – доли нанометра
покровное стекло
оптическая
ловушка
линза
СОЧЕТАНИЕ

IN VITRO MOTILITY ASSAY С ОПТИЧЕСКОЙ ЛОВУШКОЙ
производство и регистрация сил - в диапазоне pNвременное разрешение – миллисекундыпространственное разрешение – доли нанометрапокровное стекло оптическая

Слайд 38 КИНЕЗИН-1 НЕСЕТ МИКРОСФЕРУ ПО МИКРОТРУБОЧКЕ
Свободное движение
Движение в оптической ловушке
(S.

Block’s lab)

КИНЕЗИН-1 НЕСЕТ МИКРОСФЕРУ ПО МИКРОТРУБОЧКЕСвободное движениеДвижение в оптической ловушке(S. Block’s lab)

Слайд 39ВЛИЯНИЕ ПРИЛОЖЕННОЙ СИЛЫ НА ДВИЖЕНИЕ КИНЕЗИНА
сила (pN)
сила (pN)
положение (нм)
положение

(нм)
30 сек
2 сек
кинезин с максимальной
нагрузкой генерирует силу
6 pN

работа при перемещении


на 8 нм равна 48 pN.nm

энергия гидролиза АТФ
составляет 100 pN

эффективность кинезина
50%!!!
ВЛИЯНИЕ ПРИЛОЖЕННОЙ СИЛЫ НА ДВИЖЕНИЕ КИНЕЗИНАсила (pN)сила (pN) положение (нм)положение (нм)30 сек2 секкинезин с максимальнойнагрузкой генерирует силу6

Слайд 40 КИНЕЗИН В ОПТИЧЕСКОЙ ЛОВУШКЕ
время (сек)
положение (нм)
шаг кинезина-1 вдоль
микротрубочки

= 8 нм
Под нагрузкой – в луче лазера –
движение шарика

становится
прерывистым, так что можно
различить отдельные шаги.

КИНЕЗИН В ОПТИЧЕСКОЙ ЛОВУШКЕвремя (сек)положение (нм)шаг кинезина-1 вдоль микротрубочки = 8 нмПод нагрузкой – в луче

Слайд 41(Hua et al., 2002)
Hand-over-hand
Inchworm

(Hua et al., 2002)Hand-over-handInchworm

Слайд 42(Из обзора Yildiz et al., 2005)

(Из обзора Yildiz et al., 2005)

Слайд 43 МИКРОТРУБОЧКИ, СОБРАННЫЕ ИЗ ЧИСТОГО ТУБУЛИНА IN VITRO,

МОГУТ СОДЕРЖАТЬ РАЗНОЕ ЧИСЛО ПРОТОФИЛАМЕНТОВ
12 13

14
МИКРОТРУБОЧКИ, СОБРАННЫЕ ИЗ ЧИСТОГО ТУБУЛИНА IN VITRO, МОГУТ СОДЕРЖАТЬ РАЗНОЕ ЧИСЛО ПРОТОФИЛАМЕНТОВ 12

Слайд 44 КИНЕЗИН ДВИЖЕТСЯ ПО ПРОТОФИЛАМЕНТУ
Опыт: скольжение микротрубочек по стеклу, покрытому

кинезином-1
Время (сек)
13
14

КИНЕЗИН ДВИЖЕТСЯ ПО ПРОТОФИЛАМЕНТУОпыт: скольжение микротрубочек по стеклу, покрытому кинезином-1Время (сек)13 14

Слайд 46 ДИНЕИН МОЖЕТ МЕНЯТЬ ПРОТОФИЛАМЕНТ
(Reck-Peterson et al., 2006)
Смещение (нм)
Опыт: движение

фрагмента тяжелой цепи динеина по аксонеме
Время (сек)

ДИНЕИН МОЖЕТ МЕНЯТЬ ПРОТОФИЛАМЕНТ(Reck-Peterson et al., 2006)Смещение (нм)Опыт: движение фрагмента тяжелой цепи динеина по аксонемеВремя (сек)

Похожие презентации

РАБОТА С РАБОТА С 296
ГАОУ СПО РК ЕВПАТОРИЙСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ Презентация на тему : Острый ГАОУ СПО РК ЕВПАТОРИЙСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ Презентация на тему : Острый 180
Sport Sport 328
ŁAŃCUCH WARTOŚCI ŁAŃCUCH WARTOŚCI 207
История открытия История открытия 195
АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПОВТОРЕНИЕ Основные алгоритмические структуры АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПОВТОРЕНИЕ Основные алгоритмические структуры 272
Машины контактной сварки Машины контактной сварки 272
Понятие о внутренних болезнях Понятие о внутренних болезнях 332
Проведение ПД Проведение ПД 217
Внешняя политика Российского государства в первой трети XVI века Внешняя политика Российского государства в первой трети XVI века 446
История праздника История праздника 195
Самоорганизация в деятельности Самоорганизация в деятельности 288
Занятие 3 Занятие 3 157
Тема: Пути развития народов Азии, Африки и Латинской Америки Тема: Пути развития народов Азии, Африки и Латинской Америки 362
Организация учебно-исследовательской и проектной деятельности в основной и старшей школе Организация учебно-исследовательской и проектной деятельности в основной и старшей школе 445
Поджелудочная железа Поджелудочная железа 277
Афган - боль моя и вечная память Афган - боль моя и вечная память 242
Неотложные состояния и СЛР в педиатрии Неотложные состояния и СЛР в педиатрии 379
Методика обучения технике бега на короткие дистанции Методика обучения технике бега на короткие дистанции 290

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика