Міозин — це значно більший і складніший моторний білок, ніж взаємодіючий з ним актин. Міозин належить до суперсімейства АТФаз. Найвідоміший тип у м’язовому скороченні — це міозин II, хоча існує понад 20 класів міозину з різними функціями. Структура міозину II включає:
- Голівку (head domain) — кулясту ділянку, яка зв’язує АТФ і актин. Вона має ферментативну активність (АТФазну), що дозволяє гідролізувати АТФ до АДФ і неорганічного фосфату (Pi), звільняючи енергію для механічної роботи.
- Шийку (neck domain) — з’єднує голівку з хвостом і слугує важелем, що підсилює рух. Тут також зв’язуються легкі ланцюги (кальмодулін або подібні білки), які беруть участь у регуляції.
- Хвіст (tail domain) — довга спіральна ділянка, яка дозволяє міозину димеризуватися і формувати товсті філаменти в м’язах.
У скелетних м’язах молекули міозину II об’єднуються в товсті філаменти, де численні голівки спрямовані до актинових мікрофіламентів. Кожна голівка може “крокувати” по актину, використовуючи енергію АТФ.
Механізм взаємодії: Теорія ковзних ниток
Взаємодія актину і міозину лежить в основі м’язового скорочення і описується теорією ковзних ниток, запропонованою Х’ю Хакслі та Ендрю Хакслі в 1950-х роках. Ось як це працює на молекулярному рівні:
- Вихідний стан: У спокої тропоміозин блокує зв’язувальні сайти на актині, а міозин перебуває у стані з приєднаним АДФ і Pi.
- Активація кальцієм: При надходженні нервового імпульсу в саркоплазматичному ретикулумі вивільняється Ca²⁺, який зв’язується з тропоніном. Це зміщує тропоміозин, відкриваючи сайти для зв’язування міозину.
- Силовий цикл (cross-bridge cycle):
- Міозинова голівка зв’язується з актином (утворюється “місток”).
- Вивільнення Pi викликає конформаційну зміну голівки, що тягне актин відносно міозину (силовий хід, “power stroke”).
- АТФ зв’язується з міозином, розриваючи зв’язок з актином.
- Гідроліз АТФ “зводить” голівку в початкове положення, готове до нового циклу.
- Повторення: Цикл триває, доки є АТФ і кальцій, що призводить до скорочення саркомера.
Клінічний контекст
Порушення в системі актин-міозин можуть спричинити різні патології:
- Міопатії: Мутації в генах актину (ACTA1) або міозину (MYH7) можуть призводити до вроджених міопатій, таких як немалінова міопатія.
- Серцеві захворювання: Дисфункція міозину в кардіоміоцитах пов’язана з гіпертрофічною кардіоміопатією.
- Нем’язові функції: Актин і міозин беруть участь у міграції лейкоцитів, і порушення їхньої роботи може впливати на імунну відповідь.
Висновок
Актин і міозин — це не просто структурні елементи, а висококоординована молекулярна машина, що забезпечує рух на всіх рівнях — від скорочення м’язів до внутрішньоклітинного транспорту. Їхня взаємодія є елегантним прикладом того, як біохімічна енергія перетворюється в механічну роботу, що має величезне значення як для фізіології, так і для медицини.