Kinezin

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Jump to navigation Jump to search
Kinezin „šeta“ po mikrotubuli
Kinezinski dimer se prikači i pomjera duž mikrotubula
Dijagramska ilustracija pokretljivosti kinezina

Kinezin je protein iz klase motornih proteina koji se nalazi u eukariotskim ćelijama.

Kinezini se kreću duž mikrotubulskih (MT) filamenata i pokreću hidrolizu adenozin trifosfata (ATP), tako da djeluju kao ATPaze. Aktivno kretanje kinezina podržava nekoliko ćelijskih funkcija, uključujući i mitozu, mejozu i transport ćelijskog naboja: kao u aksonskom transportu. Većina kinezina se kreće prema pozitivnom kraju mikrotubule koji, u većini ćelija, podrazumijeva transportirajuće punjenje: kao kod proteina i membranskih komponenti od centra ćelije prema periferiji. Ovaj oblik transporta je poznat kao anterogradni transport. Nasuprot tome, dineini su proteinski motori koji se kreću u pravcu negativnog kraja mikrotubule.

Kinezini[uredi | uredi izvor]

Kinezini su otkriveni kao anterogradni međućelijski transportni motori koji počivaju na fumnkcijasma mikrotubula (MT).[1] Osnivački član ove superfamilije, kinesin-1, izoliran je kao heterotetramerni – brza aksonska organela transportnog motora koja se sastoji od dvije identične motorne podjedinice (KHC) i dva "lahka lanca" (KLC) preko pečišćavanja mikrotubulskog afiniteta neuronskih ekstrakata.[2] Nakon toga su, drugačije usmjereni heterotrimerni plus krajevi, označeni kao kinezin-2, koji sadrže od dva različita KHC vezane motorne podjedinice i dodatnu podjedinicu "KAP", prečišćene do ekstrakta jaja/embriona Echinodermata.[3] a je najpoznatiji je po svojoj ulozi u transportu proteinskog kompleksa (IFT čestice) uz aksoneme tokom biogeneze cilija.[4] Molekulskogenetički i genomski pristupi doveli su do spoznaje da je kinezini čine raznovrsnu natporodicu motora koji su, u eukariota, odgovorni za više unutarćelijskih pokreta .[5][6][7][8] Genom sisara, naprimjer, kodira više 40 kinezinskih proteina,[9] organiziranih u najmanje 14 porodica zvanih, od kinezin-1 do kinezin-14.[10]

Strutura[uredi | uredi izvor]

Sveukupna struktura[uredi | uredi izvor]

Članovi superfamilije kinezina variraju u veličini, ali prototip – kinezin-1 je heterotetramer čije motorne podjedinice (teški lanci ili KHCS) formiraju proteinski dimer (molekulski par) koji veže dva lahka lanca (KLC).

Teški lanac kinezina-1 sadržui loptastu glavu (motorni domen) na kraju amino kraja, priključenu kroz kratki, fleksibilni vratni linker za dršku – dugi, centralni alfa –heliksni spiralno namotani domen – koji završava u C-kraju repnog domena koji ga povezuje sa lahkim lanacims. Peteljkke dva KHCS se prepliću da formiraju spiralnu zavojnicu, što usmjerava dimerizacije dva KHC. U većini slučajeva prevezeni teret se veže za lahke lance kinezina, na TPR motivnu sekvencu PCK, ali u nekim slučajevima teret se veže I za C-krajeve domena teških lanaca.[11]

Motorni domen kinezina[uredi | uredi izvor]

Motorni domen kinezina
Kinesin motor domain 1BG2.png
Kristalografske strukture ljudskog domena kinezinskog motora predstavljene u vidu duginih boja (N-kraj = plava, C-kraj = crvena).
Kompleksi sa ADP
– dijagram: ugljik = bijela, kisik = crvena, dušik = plava, fosfor = narandžasta i magnezijev ion (siva sfera).[12]
Identifikatori
Simbol Motorni domen kinezina
Pfam PF00225
InterPro IPR001752
SMART SM00129
PROSITE PS50067
SCOP 1bg2
SUPERFAMILY 1bg2
CDD cd00106

Glava kinezina se može shvatiti kao njegov potpis, a njena aminokiselinska sekvenca je dobro konzervirana među različitim kinesinima. Svaka glava ima dva odvojena mjesta vezanja: jedno za mikrotubule i drugo za ATP. ATP veza i hidroliza, kao i oslobađanje ADP mijenjaju konformaciju domena mikrotubulskog vezanja i orijentaciju vrata – lijevo u odnosu na glavu; to dovodi u kretanja kinezina. Nekoliko strukturnih elemenata glave, uključujući centralni domen beta-stranice i prekidač domena I i II, upleteni su kao posrednici u interakcije između dva vezanja i vratnog domena. Kinezini su strukturno srodni sa G protein ima, koji hidroliziraju GTP, umjesto ATP. Nekoliko konstruktivnih elementa su istovjetni se dijele u dvije porodice, posebno Switch I i Switch II domeni.

Transport tereta[uredi | uredi izvor]

U ćeliji, male molekule, kao što su plinovi i glukoza difundiraju tamo gdje su potrebne. Velike molekule koje su sintetizirane (ćelijske energane) su prevelike (u citosolu) da bi mogle da se difuzno kreću do svojih odredišta. Ulogu transportera velikih tereta do odredišta imaju motoni protein. Kinezini su motorni proteini koji obavljaju takav transport tereta unidirigiranom “šetnjom “, zajedno sa putevima mikrotubula, hidrolizirajući jednu molekulu adenozin trifosfata (ATP) na svakom koraku. [13] Mislilo se da hidroliza ATP snabdijeva energijom svaki korak, otpuštajući energiju i gurajući je prema glavi slijedećeg mjesta vezanja.[14] Međutim, predloženo je da se glava difundira prema naprijed, a snaga vezanja na mikrotubule je ono što vuče zajednički teret. [15]Pored toga, virusa HIV, naprimjer, kinezin se koristi za taloženje virusnih čestica nakon kompletiranja.[16] Postoje značajni dokazi da teret, u uvjetima in vivo, teret prenosi više motora.[17][18][19][20]

Pravac kretanja[uredi | uredi izvor]

Motorni proteini putuju u određenom pravcu duž mikrotubule. To je zato što je mikrotubula polarna, a glava se veže samo na mikrotubule u jednom pravcu, dok vezanje ATP daje svoj pravac na svakom koraku, uz proces poznat kao zipiranje vratnog linkera (na principu “zip-zatvarača” na odjeći, npr.).[21]

Većina kinezina se kreće prema plus kraju mikrotubula što, u većini ćelija, podrazumijeva transport tereta od centra ćelije prema periferiji. Ovaj oblik transporta je poznat kao anterogradni transport / ortrogradni transport. Porodica protein kinezina-14, kao što je kod Drosophila melanogaster, nezaraznih bolesti, pupoljaka kvasaca KAR3 i Arabidopsis thaliana ATK5, idu u suprotnom pravcu, prema minus krajevima mikrotubula.[22]

Poznate su različite vrste proteinskih motora, kao što su dineini, koji se kreću prema minus kraju mikrotubule. Tako se teret transportira sa periferije ćelije prema centru, naprimjer iz vršne dugmadi jednog neuronskog aksona u tijelo ćelije (somu). Ovo je poznato kao retrogradni transport.

Cin8, član porodice kinezina-5, ima novu mogućnost prebacivanja smjera. Dokazano je da je usmjerenje na minus kraj (za razliku od ostatka poznatih kinezina) kada su vezani za jednu mikrotubulu, a plus-kraj podešen na umrežavanje antiparalelnih mikrotubula (pritiskom na minus završavaju udaljeni, a povlačenjem plusa - jedni prema drugima). Ovakvo dualno usmjerenje je uočeno u istim uvjetima u kojima slobodne molecule Cin8 kreću prema kraju minus, ali unakrsno povezani Cin8 kreću prema plus krajevima svake umrežene mikrotubule. Predlaže se da je ova jedinstvena sposobnost rezultat stvaranje spojnice sa drugim Cin8 motorima, što pomaže da ispunie ulogu dineina u pupajućem kvascu.[23]

Predloženi mehanizmi kretanja[uredi | uredi izvor]

Kinezin ostvaruje transport "hodajući" duž mikrotubule. Za objašnjenje ovog kretanja predložena su dva mehanizma.

  • U mehanizmu "dlan-o-dlan”, kinezinske glave naizmjenično idu jedna duž druge (poput traljanja dlanova), u vodećoj poziciji.
  • Mehanizam "glista " podrazumijeva de kinezinska glava uvijek vodi, napreduje korak prije nego što joj priđu prateći dijelovi (poput kretanja kišne gliste).

Uprkos nekim preostalim kontroverzama, eksperimentalni dokazi ukazuju da je prvopomenuti mehanizam vjerovatniji.[24][25]

Vezanje i hidroliza ATP uzrokuju da kinezin putuje u vidu "mehanizma klackalice" oko tačke nosača.[26][27] Ovaj mehanizam počiva na zapažanju da je vezanje ATP na ne-nukleotidno, stanje vezanja mikrotubule dovodi do naginjanja domena kinezinskih motora u odnosu na mikrotubule. Prije ovog naginjanja , linker vrata nije u stanju da spoji svoju vezanu motornu glavu prema konformaciji naprijed. Naginjanje koje izaziva ATP, pruža mogućnost za vratni linker da uđe u ovu konformaciju. Ovaj model je baziran na Cryo-EM modeluima mikrotubulski vezanih struktura kinezina koji predstavljaju početak i kraj stanja procesa, ali ne može riješiti precizne detalje tranzicije između struktura.

Teorijsko modeliranje kinezina[uredi | uredi izvor]

Predloženi su brojni teorijski modele molekulskih motora kinezinskih proteina.[28][29][30] U teorijskim istraživanjima susreću se mnogi izazovi, s obzirom na preostale nesigurnosti o ulozi proteinskih struktura, preciznost način pretvaranja hemijske energije ATP u mehanički rad, kao I uloge kojeimaju termalne fluktuacije. Ovo je prilično aktivno područje istraživanja. Postoji posebna potreba za pristupima koji bolje nalaze vezu sa molekulskom arhitekturom proteina i podaima koji su dobijeni iz eksperimentalnih istraživanja.

Kinezin i mitoza[uredi | uredi izvor]

U posljednjih nekoliko godina, utvrđeno je da molekulski motori koji počivaju na mikrotubulama (uključujući i broj kinezina) imaju značajnu ulogu u mitozi (tj. ćelijskoj diobi, uopće). Kinezini su važni za pravilnu dužinu diobenog vretena i da budu uključeni i u klizne mikrotubule osim vretena, tokom prometafaze i metafaze, kao i depolizirajuće minus krajeve mikrotubulnih centrosoma tokom anafaza.< ref name="Goshima">Goshima G, Vale RD (August 2005). "Cell cycle-dependent dynamics and regulation of mitotic kinesins in Drosophila S2 cells". Mol. Biol. Cell 16 (8): 3896–907. PMC 1182325. PMID 15958489. doi:10.1091/mbc.E05-02-0118. </ref> Posebno, porodica proteia kinezina-5 djeluje unutar odvjenih mikrotubula vretena, dok porodica kinezina 13 djeluje na depolimerizaciju mikrotubula.

Odavno je, međutim, poznato, da kinezini učestvuju u formiranju i regulaciji funkcije, kako niti, tako i poluniti diobenog vretena, odnosno kinetici hromosoma tokom ćelijskih dioba.[31][32][33][34]

Članovi superfamilije kinezina[uredi | uredi izvor]

Superfamilija ljudskih kinezina uključije sljedeće proteine, čija je je nomenklatura razvijena i standardizirana u zajednici istraživača kinezina. Razvrstali su u 14 porodica pod nazivima, od kinezin-1 do kinezin-14:

Laki lanci kinezina-1:

Asocirani proteini kinezina-2:

  • KAP-1, KAP3 or KIFAP3

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Vale RD (2003). "The molecular motor toolbox for intracellular transport". Cell 112 (4): 467–80. PMID 12600311. doi:10.1016/S0092-8674(03)00111-9. 
  2. ^ Vale RD, Reese TS, Sheetz MP (1985). "Identification of a novel force-generating protein, kinesin, involved in microtubule-based motility". Cell 42 (1): 39–50. PMC 2851632. PMID 3926325. doi:10.1016/S0092-8674(85)80099-4. 
  3. ^ Cole DG, Chinn SW, Wedaman KP, Hall K, Vuong T, Scholey JM (1993). "Novel heterotrimeric kinesin-related protein purified from sea urchin eggs". Nature 366 (6452): 268–70. PMID 8232586. doi:10.1038/366268a0. 
  4. ^ Rosenbaum JL, Witman GB (2002). "Intraflagellar transport". Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 3 (11): 813–25. PMID 12415299. doi:10.1038/nrm952. 
  5. ^ Yang JT, Laymon RA, Goldstein LS (March 1989). "A three-domain structure of kinesin heavy chain revealed by DNA sequence and microtubule binding analyses". Cell 56 (5): 879–89. PMID 2522352. doi:10.1016/0092-8674(89)90692-2. 
  6. ^ Aizawa H, Sekine Y, Takemura R, Zhang Z, Nangaku M, Hirokawa N (December 1992). "Kinesin family in murine central nervous system". J. Cell Biol. 119 (5): 1287–96. PMC 2289715. PMID 1447303. doi:10.1083/jcb.119.5.1287. 
  7. ^ Enos AP, Morris NR (1990). "Mutation of a gene that encodes a kinesin-like protein blocks nuclear division in A. nidulans". Cell 60 (6): 1019–27. PMID 2138511. doi:10.1016/0092-8674(90)90350-N. 
  8. ^ "KAR3, a kinesin-related gene required for yeast nuclear fusion". Cell 60 (6): 1029–41. 1990. PMID 2138512. doi:10.1016/0092-8674(90)90351-E.  Nepoznat parametar |vauthors= ignorisan (pomoć)
  9. ^ Hirokawa N, Noda Y, Tanaka Y, Niwa S (2009). "Kinesin superfamily motor proteins and intracellular transport". Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 10 (10): 682–96. PMID 19773780. doi:10.1038/nrm2774. 
  10. ^ Lawrence CJ, Dawe RK, Christie KR, Cleveland DW, Dawson SC, Endow SA, Goldstein LS, Goodson HV, Hirokawa N, Howard J, Malmberg RL, McIntosh JR, Miki H, Mitchison TJ, Okada Y, Reddy AS, Saxton WM, Schliwa M, Scholey JM, Vale RD, Walczak CE, Wordeman L (October 2004). "A standardized kinesin nomenclature". J. Cell Biol. 167 (1): 19–22. PMC 2041940. PMID 15479732. doi:10.1083/jcb.200408113. 
  11. ^ Hirokawa N, Pfister KK, Yorifuji H, Wagner MC, Brady ST, Bloom GS (March 1989). "Submolecular domains of bovine brain kinesin identified by electron microscopy and monoclonal antibody decoration". Cell 56 (5): 867–78. PMID 2522351. doi:10.1016/0092-8674(89)90691-0. 
  12. ^ PDB 1BG2; Kull FJ, Sablin EP, Lau R, Fletterick RJ, Vale RD (1996). "Crystal structure of the kinesin motor domain reveals a structural similarity to myosin". Nature 380 (6574): 550–5. Bibcode:1996Natur.380..550J. PMC 2851642. PMID 8606779. doi:10.1038/380550a0. 
  13. ^ Schnitzer MJ, Block SM (1997). "Kinesin hydrolyses one ATP per 8-nm step". Nature 388 (6640): 386–390. PMID 9237757. doi:10.1038/41111. 
  14. ^ "The way things move: looking under the hood of molecular motor proteins". Science 288 (5463): 88–95. April 2000. Bibcode:2000Sci...288...88V. PMID 10753125. doi:10.1126/science.288.5463.88.  Nepoznat parametar |vauthors= ignorisan (pomoć)
  15. ^ Mather WH, Fox RF (2006). "Kinesin's biased stepping mechanism: amplification of neck linker zippering". Biophys. J. 91 (7): 2416–26. PMC 1562392. PMID 16844749. doi:10.1529/biophysj.106.087049. 
  16. ^ Gaudin, Raphaël (2012). "Critical role for the kinesin KIF3A in the HIV life cycle in primary human macrophages". J Cell Biol 199 (3): 467–479. doi:10.1083/jcb.201201144. 
  17. ^ Gross SP, Vershinin M, Shubeita GT (June 2007). "Cargo transport: two motors are sometimes better than one". Current Biology 17 (12): R478–86. PMID 17580082. doi:10.1016/j.cub.2007.04.025. 
  18. ^ Hancock WO (August 2008). "Intracellular transport: kinesins working together". Current Biology 18 (16): R715–7. PMID 18727910. doi:10.1016/j.cub.2008.07.068. 
  19. ^ Kunwar A, Vershinin M, Xu J, Gross SP (August 2008). "Stepping, strain gating, and an unexpected force-velocity curve for multiple-motor-based transport". Current Biology 18 (16): 1173–83. PMC 3385514. PMID 18701289. doi:10.1016/j.cub.2008.07.027. 
  20. ^ Klumpp S, Lipowsky R (November 2005). "Cooperative cargo transport by several molecular motors". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102 (48): 17284–9. PMC 1283533. PMID 16287974. arXiv:q-bio/0512011. doi:10.1073/pnas.0507363102. 
  21. ^ Rice S, Lin AW, Safer D, Hart CL, Naber N, Carragher BO, Cain SM, Pechatnikova E, Wilson-Kubalek EM, Whittaker M, Pate E, Cooke R, Taylor EW, Milligan RA, Vale RD (1999). "A structural change in the kinesin motor protein that drives motility". Nature 402 (6763): 778–84. PMID 10617199. doi:10.1038/45483. 
  22. ^ Ambrose JC, Li W, Marcus A, Ma H, Cyr R (April 2005). "A minus-end-directed kinesin with plus-end tracking protein activity is involved in spindle morphogenesis". Mol. Biol. Cell 16 (4): 1584–92. PMC 1073643. PMID 15659646. doi:10.1091/mbc.E04-10-0935. 
  23. ^ Roostalu, J.; Hentrich, C.; Bieling, P.; Telley, I. A.; Schiebel, E.; Surrey, T. (2011). "Directional Switching of the Kinesin Cin8 Through Motor Coupling". Science 332 (6025): 94–99. doi:10.1126/science.1199945. 
  24. ^ Yildiz A, Tomishige M, Vale RD, Selvin PR (2004). "Kinesin Walks Hand-Over-Hand". Science 303 (5658): 676–8. Bibcode:2004Sci...303..676Y. PMID 14684828. doi:10.1126/science.1093753. 
  25. ^ Asbury CL (2005). "Kinesin: world’s tiniest biped". Current Opinion in Cell Biology 17 (1): 89–97. PMID 15661524. doi:10.1016/j.ceb.2004.12.002. 
  26. ^ Sindelar CV, Downing KH (2010). "An atomic-level mechanism for activation of the kinesin molecular motors". Proc Natl Acad Sci U S A 107 (9): 4111–6. PMC 2840164. PMID 20160108. doi:10.1073/pnas.0911208107. 
  27. ^ Lay Summary (2010). "Life’s smallest motor, cargo carrier of the cells, moves like a seesaw". PhysOrg.com. 
  28. ^ Atzberger PJ, Peskin CS (2006). "A Brownian Dynamics model of kinesin in three dimensions incorporating the force-extension profile of the coiled-coil cargo tether". Bull. Math. Biol. 68 (1): 131–60. PMID 16794924. doi:10.1007/s11538-005-9003-6. 
  29. ^ Peskin CS, Oster G (1995). "Coordinated hydrolysis explains the mechanical behavior of kinesin". Biophys. J. 68 (4 Suppl): 202S–210S; discussion 210S–211S. PMC 1281917. PMID 7787069. 
  30. ^ Mogilner A, Fisher AJ, Baskin RJ (2001). "Structural changes in the neck linker of kinesin explain the load dependence of the motor's mechanical cycle". J. Theor. Biol. 211 (2): 143–57. PMID 11419956. doi:10.1006/jtbi.2001.2336. 
  31. ^ Campbell N. A. et al. (2008). Biology. 8th Ed. Person International Edition, San Francisco. ISBN 978-0-321-53616-7. 
  32. ^ Sofradžija A., Šoljan D., Hadžiselimović R. (2004). Biologija 1. Svjetlost, Sarajevo. ISBN 9958-10-686-8. 
  33. ^ Alberts B. et al. (2002). Molecular Biology of the Cell, 4th Ed. Garland Science. ISBN 0-8153-4072-9. 
  34. ^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Eds. (2005). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB) Sarajevo. ISBN 9958-9344-1-8. 

Dopunska literatura[uredi | uredi izvor]

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]