Кинезин и цитоплазматический динеин осуществляют движение пузырьков вдоль микротрубочек аксона в

11-32

11.4.8. Микротрубочки часто направляют передвижение органелл в цитоплазме [48]

Если мы рассмотрим живую клетку позвоночного животного в фазово-конграстный микроскоп или в микроскоп с дифференциальным интерференционным контрастом (разд. 4.1.5), мы увидим, что ее цитоплазма находится в непрестанном движении. Митохондрии и более мелкие мембранные органеллы за несколько минут успевают изменить свое местоположение в клетке путем характерных периодических скачков, которые слишком упорядоченны и направленны, чтобы их можно было спутать со столь же безостановочным броуновским движением-результатом случайного теплового движения молекул. Многие из таких внутриклеточных перемещений происходят в тесной связи с микротрубочками. Если клетку, в которой движутся органеллы, быстро зафиксировать и приготовить из нее срезы для электронной микроскопии, то можно увидеть, что мембрана таких органелл зачастую соединена с микротрубочками цитоплазмы тонкими нитевидными структурами. Можно предположить поэтому, что микротрубочки играют важную роль в подобном движении, хотя, как мы уже говорили (разд. 11.2.4), некоторые перемещения пузырьков в цитоплазме происходят вдоль актиновых филаментов, а не микротрубочек. Наиболее яркой демонстрацией транспортной роли микротрубочек явилось изучение быстрого аксонного транспорта в нервных клетках, где перемещение мембранных пузырьков в обоих направлениях по аксону -

между телом клетки и нервным окончанием - идет с большой интенсивностью.

противоположных направлениях, используя энергию гидролиза АТР [49]

Гигантский аксон кальмара можно извлечь из тела животного, а его цитоплазму выдавить, как зубную пасту из тюбика. Если капельку выдавленной аксоплазмы расплющить покровным стеклом и заснять через микроскоп на видеопленку (разд. 4.1.6), то можно увидеть, как органеллы движутся вдоль тонких нитевидных «дорожек». Методом иммунофлуоресценции в сочетании с электронной микроскопией удается показать, что эти «дорожки» представляют собой отдельные микротрубочки.

Выделенные внутриклеточные пузырьки и даже искусственные частицы вроде полистироловых шариков способны связываться с микротрубочками в выдавленной аксоплазме и двигаться вдоль этих микротрубочек практически так же, как это происходит в живой клетке.

Поскольку выдавленная аксоплазма больше не укрыта плазматической мембраной, можно без труда изменять содержание в ней различных ионов и низкомолекулярных веществ и исследовать их влияние на аксонный транспорт. Таким образом было показано, что AMPPNP-негидролизуемый аналог АТР - останавливает транспорт и фиксирует органеллы в неподвижном, связанном с микротрубочками состоянии.

Такой эффект AMPPNP позволяет выявить компоненты, ответственные за перемещение пузырьков. При поиске в экстрактах аксоплаз-

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

Рис. 11-71. Кинезин и цитоплазматический динеин-крупные белки, ассоциированные с микротрубочками (БАМ), которые способны двигаться по микротрубочке в противоположных направлениях, используя энергию гидролиза АТР (А). Эти белки представляют собой комплексы из двух одинаковых «тяжелых цепей» и нескольких меньших «легких цепей». Каждая тяжелая цепь образует глобулярную головку, с помощью которой белок при участии АТР присоединяется к микротрубочке. Таким образом, подобно миозину, кинезин (Б, показаны четыре молекулы) и цитоплазматический динеин (В, две молекулы) имеют две головки. В отличие от этого динеин ресничек (Г) имеет три головки (см. рис. 11-57).

[Электронные микрофотографии получил John Heuser методом замораживания-травления; белки выделили Trina Schroer, Jeff Gelles, Michael Scheetz (£); Eric Steuer (B); Ursula Goodenough (Г).]

мы белков, которые связываются с микротрубочками в присутствии AMPPNP, но отделяются от них при добавлении АТР, был выделен крупный белковый комплекс, названный кинезином. Кинезин оказался АТРазой, использующей энергию гидролиза АТР для однонаправленного перемещения пузырьков вдоль по микротрубочке (разд. 3.4.11). Это движение осуществляется со скоростью от 0,5 до 2 мкм/с, без перерывов и скачков, характерных для движения в интактном аксоне и обусловленных, как полагают, частыми столкновениями перемещаемого пузырька с различными элементами цитоплазмы.

Направление движения, создаваемого кинезином, было определено с помощью полистироловых шариков, которые перемещались по микротрубочкам, полимеризованным in vitro на центросомах. В то время как неочищенные экстракты аксоплазмы перемещают частицы в обоих направлениях, очищенный кинезин обеспечивает транспорт только в одном направлении-«наружу», т.е. к плюс-концам микротрубочек (напомним, что динеин в ресничках осуществляет движение в противоположном направлении-см. разд. 11.3.10). Поскольку микротрубочки в аксоне, как известно, ориентированы плюс-концами от тела клетки (см. рис. 11-63), перемещение пузырьков с помощью кинезина должно быть направлено от тела к кончику аксона. Кажется вероятным, что за транспорт в обратном направлении ответствен динеиноподобный белок. И действительно, недавно из нескольких источников, включая мозг млекопитающего, был выделен высокомолекулярный БАМ с такими свойствами (рис. 11-71).

Этот белок был назван цитоплазматическим динеином.

Дата добавления: 2015-08-31