HCO3, cytoskelet motoreiwitten
Motoreiwitten, er zijn 3 cytoskelet motoreiwit families: myosine, dyneïne en kinesine. Je zou kunnen
beargumenteren dat DNA en RNA polymerase ook motoreiwitten zijn, aangezien zij zich ook
verplaatsen en daarbij brandstof verbruiken. Hun primaire functie is echter anders dan verplaatsing,
vandaar dat we het enkel over myosine, dyneïne en kinesine hebben als we het over
motoreiwitten hebben.
Cytoskelet, je hebt 3 soorten cytoskelet: microtubuli, actine en intermediaire
filamenten. Voor actine heb je 1 motoreiwit familie, voor microtubuli heb je er 2 en
voor intermediaire filamenten heb je er 0. Intermediaire filamenten hebben geen
polariteit en een motoreiwit zou dus geen idee hebben waar die heen moet. Het
gebrek aan polariteit komt doordat de asymmetrische bouwstenen anti-parallel
samenkomen. Rechts zijn microtubuli in het geel aangegeven en actine in het paars.
Vesicle transport, rechts zie je een frame uit een video voor exocytotic vesicle
transport. Tubuline is hier rood aangekleurd en Rab6 blaasjes zijn groen aangekleurd. Als je de video
zou kunnen bekijken, zou je zien dat de groene blaasjes zich over het rode traject verplaatsen en dat
is mogelijk door een motoreiwit. Dit motoreiwit volgt de polariteit. Microtubuli hebben een plus en
min einde. Je hebt hier een polariteit omdat de subunits maar op 1 manier op elkaar passen en ook
richting hebben (asymmetrische bouwblokken → asymmetrisch structuur). Bij intermediaire
filamenten heb je ook asymmetrische bouwblokken maar deze worden om en om gebouwd dus geen
asymmetrie.
Actine VS microtubuli, in de eerste afbeelding zie je dat actine veel fijner is. De bundels die je daar
ziet bestaan uit meerdere filamenten die vaak antiparallel een netwerk vormen en dus hun polariteit
verliezen. Het meeste transport gaat dan ook over microtubuli (95%). Daarbij zijn microtubuli ook
veel langer en stijver. Er kan wel wat lokaal transport plaatsvinden over actine, maar het grote werk
gebeurt met microtubuli. Verder speelt actine een grote rol in spiercontractie.
Cargo, niet alleen blaasjes moeten getransporteerd worden, maar ook organellen: mitochondriën,
golgi, lysosomen, ER etc. Ook zaken zoals ribosomen en mRNA kunnen verplaatst worden. Als je het
eiwit in 1 hoek maakt en daarna transporteert, krijg je een gradiënt, doordat het afgebroken wordt.
Bicoïd mRNA wordt gepositioneerd door dyneïne aan 1 bepaalde kant van de cel, doordat dat alle
min einde liggen. Microtubuli polarisatie is hierbij dus essentieel.
Motoreiwit families, kinesine en dyneïne lopen over microtubuli. Dyneïnes loopt naar het min einde
en bijna alle kinesines lopen naar het plus einde. Verder lopen myosines over actine. Het is echter
niet zo dat er maar 3 verschillende eiwitten zijn. Er zijn 3 verschillende superfamilies en hierbinnen
heb je nog allerlei subfamilies.
Myosines, hiertoe behoren meerdere subfamilies
(totaal 37 genen). Je bent onderdeel van myosine
superfamilie door een homoloog motordomein. Hier
kan dan nog een staart aan zitten die heel complex
kan zijn. Vaak heb je een dimerisatie motief in de
staart, waardoor coiled coil dimeren gevormd kunnen
worden. 80% van de motoreiwitten zijn dimeren. Je
ziet rechts dat myosine I, III en XIV hierop
uitzonderingen zijn.
Myosine II, vormt dikke filamenten in de sarcomeren van je
spieren contractie mogelijk maken. Myosine II filamenten zijn
zelfs nog dikker dan actine filamenten. De geclusterde motor
wordt geactiveerd als calcium binnenkomt en dan krijg je
contractie.
Kinesines, hiervoor heb je ook ongeveer 40
verschillende genen. De humane kinesine
, genen noemen we KIFs. Als we in het algemeen over
de families praten, hebben we het echter over
kinesine I, II, III etc. Om het nog duidelijker te maken,
worden de kinesine I door KIF5s gecodeerd. Kinesine
13 is een apart gevalletje, want deze kan eigenlijk niet
echt over microtubuli lopen. In plaats daarvan
depolymeriseert die de plus einden van microtubuli
en induceert die dus catastrofe. Kinesine 13 is de
enige motor die zijn domein niet aan de N of C
terminus heeft zitten. Een andere uitzondering is
kinesine 14. Deze heeft als enige kinesine zijn
motordomein aan de C i.p.v. N-terminus zitten. Dit is
dan ook de enige kinesine die naar het min einde
loopt. Kinesein 1 t/m 12 zijn plus einde georiënteerde motoren. Ze worden niet allemaal voor
transport gebruikt, maar soms ook voor iets anders. Zo heeft kinesine 5 vier voeten, waardoor die
twee microtubuli aan elkaar kan binden. Wanneer dit in anti-parallel conformatie gedaan wordt, kan
kinesin 5 ervoor zorgen dat ze langs elkaar schuiven en plus einden dus naar elkaar verplaatst
worden. In principe kan 1 kinesine 5 hiervoor zorgen, maar vaak zie je meerdere motoren. Als je
specifiek kinesine 5 remt, wordt er geen goede mitotische spoel gemaakt.
Dyneïne, hier heb je zo’n 15 genen voor, waarvan 13 axonemal zijn. Dat
zijn geen transport motoren, maar onderdelen van de axoneme
(onderdeel zweepstaart) van de spermacel. Dan blijven er dus 2 genen
over voor cytoplasmatisch dyneïne: dynein-1 & dynein-2. Dyneïne-2 is
alleen maar betrokken bij intraflagellar transport over axonemen in het
cilium. Dan heb je dus maar 1 dyneïne die al het min einde georiënteerde
transport doet in de hele cel. Dyneïne 1 heeft veel cofactoren en dat
verklaard waarschijnlijk waarom die zoveel verschillende functies heeft.
Rechts zie je het grote eiwitcomplex aangegeven. Een belangrijk
onderdeel van het complex is dynactin. Ondertussen vormen kinases
simpele dimeren met 1 of 2 cofactoren, maar daar heb je dan wel weer
veel verschillende soorten van. Dit reflecteert goed dat dyneïne en kinase
een andere evolutionaire oorsprong hebben.
Mechanochemische cyclus myosine II, elk motoreiwit
verbrand ATP (tot ADP+P.) Doordat elk motoreiwit continue
ATP aan het verbranden is, heeft die meerdere chemische
toestanden. Daarnaast heb je ook nog filament gebonden of
ongebonden toestanden. Om te verplaatsen moet je als
motor aan het skelet binden, van conformatie veranderen,
loslaten, teruggaan in de eerste conformatie en vervolgens
de cyclus weer opnieuw beginnen. Een motoreiwit moet dus
binden en dissociëren, maar tussendoor ook van
conformatie veranderen. Bij motoreiwit is de cyclus van
conformatie veranderingen heel erg gekoppeld aan de
chemische cyclus en vandaar dat we spreken over de
mechanochemische cyclus. Voor myosine geldt dat die stevig
aan actine bindt, als die geen nucleotiden (ATP) gebonden
heeft. Als myosine vervolgens ATP bindt, laat die actine los.
Hierna wordt ATP gehydroliseerd en daarbij relaxeert de motor
(conformatieverandering). Vervolgens komt de losse fosfaatgroep los, waardoor
myosine weer aan actine kan binden. Tot slot komt ATP ook vrij en dan krijg je de power
stroke (conformatieverandering). Bij deze mechanochemische cyclus wordt steeds 1 ATP
verbrand en dat leidt dan tot 1 power stroke.
