Myosin

Rozbalit box

Obsah boxu

Myosin je velká superrodina motorových proteinů, které jsou klíčové pro pohyb a kontrakci ve většině eukaryotických buněk. Nejznámější je jejich role ve svalové kontrakci, kde ve spolupráci s aktinem generují sílu. Myosiny však plní i mnoho dalších buněčných funkcí, včetně transportu organel a vezikul, cytokineze (dělení buňky) a udržování buněčného tvaru. Všechny myosiny využívají energii získanou hydrolýzou adenosintrifosfátu (ATP) k pohybu podél aktinových filament.

Lidský genom kóduje přibližně 40 různých myosinových genů, které se dělí do několika tříd podle struktury a funkce.

📜 Historie objevů

Historie výzkumu myosinu je úzce spjata s pochopením mechanismu svalové kontrakce.

1864: Německý fyziolog Wilhelm Kühne izoloval z svalové tkáně viskózní protein, který nazval "myosin".
1939: Ruský vědec Vladimir Engelhardt a jeho žena Militsa Lyubimova zjistili, že myosin má enzymatickou aktivitu – dokáže štěpit ATP (je to ATPáza). Tento objev poprvé spojil chemickou energii s mechanickou prací ve svalu.
1942: Maďarský biochemik Albert Szent-Györgyi a jeho tým (konkrétně Brúnó Ferenc Straub) zjistili, že Kühneho "myosin" je ve skutečnosti komplex dvou proteinů. Podařilo se jim oddělit myosin od nově objeveného proteinu, který nazvali aktin. Komplex těchto dvou proteinů pojmenovali aktomyosin. Zjistili, že vlákna aktomyosinu se v přítomnosti ATP smršťují, což byl klíčový krok k pochopení kontrakce.
1954: Hugh Huxley a Jean Hanson, a nezávisle na nich Andrew Huxley a Rolf Niedergerke, navrhli model klouzavých filament (sliding filament theory). Pomocí elektronové mikroskopie ukázali, že svalová kontrakce není způsobena zkracováním samotných proteinových vláken, ale jejich vzájemným posunem – tlustá myosinová filamenta se posouvají podél tenkých aktinových filament.

Od té doby byla objevena celá řada různých typů myosinů s rozmanitými funkcemi v ne-svalových buňkách, což ukázalo, že se jedná o mnohem univerzálnější rodinu proteinů, než se původně předpokládalo.

🧬 Struktura a typy myosinu

Všechny molekuly myosinu sdílejí základní strukturální plán, který se skládá ze tří hlavních domén: hlavy, krku a ocasu.

🧩 Základní struktura

Hlava (motorová doména): Je to globulární část na konci molekuly. Má dvě klíčové funkce:

   1.  Váže se na aktinová filamenta.
   2.  Obsahuje vazebné místo pro ATP a má ATPázovou aktivitu, což znamená, že hydrolyzuje ATP na ADP a anorganický fosfát (P_i), čímž uvolňuje energii pro pohyb. Tvar hlavy se během tohoto cyklu dramaticky mění, což generuje sílu (tzv. "power stroke" neboli pracovní zdvih).

Krk (páková oblast): Spojuje hlavu s ocasem. Funguje jako páka, která zesiluje malé konformační změny v hlavové doméně na velký pohyb. Na krk se vážou lehké řetězce myosinu (myosin light chains, MLCs), což jsou menší proteiny, které stabilizují krk a regulují aktivitu myosinu (např. pomocí fosforylace).
Ocas: Je to prodloužená část molekuly. Její struktura a funkce se mezi různými typy myosinů nejvíce liší. U některých myosinů (např. myosin II) se ocasy dvou molekul proplétají a tvoří dimer. Tyto dimery se pak spojují do větších struktur, jako jsou tlustá filamenta ve svalech. U jiných myosinů (např. myosin V) se ocas váže na specifický náklad, jako jsou vezikuly nebo organely, které pak transportuje.

Класиfikace a hlavní typy

Myosiny tvoří rozsáhlou superrodinu, která se dělí do více než 30 tříd. Nejvýznamnější a nejlépe prostudované jsou:

Myosin II

Jedná se o "konvenční" myosin, který je zodpovědný za svalovou kontrakci.

Struktura: Je to dimer složený ze dvou identických těžkých řetězců a čtyř lehkých řetězců (dva regulační a dva esenciální). Ocasy těžkých řetězců se obtáčejí kolem sebe a tvoří dlouhou, pevnou strukturu zvanou stočená šroubovice (coiled-coil).
Funkce: Molekuly myosinu II se spontánně shlukují a vytvářejí tlustá filamenta, která jsou klíčovou součástí sarkomer v příčně pruhované svalovině. Z těchto filament vyčnívají myosinové hlavy, které se vážou na aktin a generují sílu pro kontrakci. V ne-svalových buňkách se podílí na cytokineze, kde tvoří kontraktilní prstenec, který zaškrtí buňku na dvě dceřiné.

Myosin I

Struktura: Je to monomer (skládá se pouze z jednoho těžkého řetězce) s krátkým ocasem.
Funkce: Jeho ocas se může vázat na buněčnou membránu. Hraje roli v procesech jako endocytóza, udržování napětí na membráně a pohyb mikroklků. Nepodílí se na tvorbě filament.

Myosin V

Struktura: Je to dimer, podobně jako myosin II, ale má velmi dlouhý krk, což mu umožňuje dělat velké "kroky".
Funkce: Funguje jako transportní motor. Jeho ocasní doména se váže na specifický náklad (např. melanozomy, vezikuly s neurotransmitery nebo mitochondrie) a "kráčí" podél aktinových filament, čímž tento náklad přenáší na určené místo v buňce. Jeho pohyb je procesivní, což znamená, že zůstává připojen k aktinovému filamentu po mnoho kroků, aniž by se oddělil.

Ostatní typy

Myosin VI: Unikátní v tom, že se pohybuje opačným směrem po aktinovém filamentu (směrem k minus konci) než většina ostatních myosinů.
Myosin VII: Hraje klíčovou roli ve funkci stereocilií ve vnitřním uchu, které jsou nezbytné pro sluch a rovnováhu.

⚙️ Funkce a mechanismus

Základním mechanismem všech myosinů je cyklický proces interakce s aktinem, poháněný hydrolýzou ATP. Tento proces se nazývá cyklus příčných můstků.

ATPázový cyklus a svalová kontrakce

Model popisující svalovou kontrakci (cyklus myosinu II): 1. Vazba na aktin (Rigor state): Na začátku cyklu je myosinová hlava pevně vázána na aktinové filamentum. V této fázi není navázán žádný nukleotid (ATP ani ADP). Tento stav se nazývá rigor (ztuhlost) a je zodpovědný za posmrtnou ztuhlost (rigor mortis), kdy dojde ATP. 2. Uvolnění z aktinu: Navázání molekuly ATP na myosinovou hlavu způsobí konformační změnu, která sníží afinitu myosinu k aktinu. Myosin se od aktinu oddělí. 3. Hydrolýza ATP a napružení hlavy: Myosin hydrolyzuje ATP na ADP a anorganický fosfát (P_i). Oba produkty zůstávají navázané na hlavě. Uvolněná energie je využita k "napružení" myosinové hlavy – přesune se do polohy s vysokou energií, podobně jako napnutá pružina. 4. Opětovná vazba na aktin: Napružená hlava se slabě váže na nové místo na aktinovém filamentu, posunuté dále ve směru pohybu. 5. Pracovní zdvih (Power Stroke): Uvolnění anorganického fosfátu (P_i) spustí klíčovou událost – pracovní zdvih. Myosinová hlava se vrátí do své původní konformace s nízkou energií a přitom táhne aktinové filamentum s sebou. Tímto pohybem je generována síla. 6. Uvolnění ADP: Na konci pracovního zdvihu se uvolní i ADP. Myosinová hlava zůstává pevně vázána na aktin (stav rigor) a cyklus je připraven začít znovu navázáním nové molekuly ATP.

V kosterním svalu je tento cyklus regulován vápenatými ionty (Ca²⁺) a regulačními proteiny troponinem a tropomyosinem, které v klidu blokují vazebná místa pro myosin na aktinu.

🏃 Transportní funkce

Myosiny jako myosin V fungují jako nákladní motory. Jejich dvě hlavy se střídavě vážou a uvolňují z aktinového filamenta, což připomíná lidskou chůzi. Tímto způsobem mohou přenášet organely nebo vezikuly na velké vzdálenosti v rámci buňky.

🩺 Klinický význam a patologie

Mutace v genech kódujících různé typy myosinů jsou spojeny s řadou lidských onemocnění.

Familiární hypertrofická kardiomyopatie (FHC): Jedná se o jedno z nejčastějších dědičných srdečních onemocnění, které způsobuje ztluštění srdečního svalu. Mnoho případů je způsobeno mutacemi v genu pro β-myosinový těžký řetězec, který je hlavní formou myosinu v srdečním svalu.
Usherův syndrom: Některé formy tohoto genetického onemocnění, které způsobuje hluchotu a postupnou ztrátu zraku, jsou způsobeny mutacemi v genu pro myosin VIIa. Tento protein je nezbytný pro správnou funkci vláskových buněk v uchu a fotoreceptorů v sítnici.
Griscelliho syndrom: Vzácné onemocnění charakterizované částečným albinismem a neurologickými problémy, způsobené mutacemi v genu pro myosin Va, který je zodpovědný za transport melanozomů (pigmentových granulí).
Rakovina: Abnormální funkce ne-svalových myosinů může přispívat ke schopnosti nádorových buněk migrovat a tvořit metastázy.

🧑‍🏫 Pro laiky

Představte si myosin jako miniaturního robota nebo motor uvnitř každé vaší buňky. Jeho úkolem je vykonávat práci, která vyžaduje sílu a pohyb.

Ve svalech (Myosin II): Myosin si můžete představit jako veslaře v lodi. Aktin je voda nebo lano, kterého se chytá. Každý "záběr veslem" (pracovní zdvih) posune loď (svalové vlákno) o kousek dál. Aby mohl veslař udělat další záběr, potřebuje energii – tou je pro myosin molekula ATP, která funguje jako energetická tyčinka. Když se miliony těchto malých veslařů v jednom svalu sladí, výsledkem je silný a plynulý pohyb, jako je zvednutí činky nebo běh.

V dopravě (Myosin V): Jiný typ myosinu, myosin V, si představte jako doručovatele nebo nákladní auto. Aktinové vlákno je pro něj silnice. Myosin V naloží na svá "záda" balíček (třeba váček s důležitými molekulami) a dvěma "nohama" (hlavami) po této silnici kráčí, aby doručil náklad tam, kde je ho v buňce potřeba.

Stručně řečeno, myosin je univerzální motor, který buňkám umožňuje stahovat se, měnit tvar, dělit se a přepravovat materiál z jednoho místa na druhé.

Šablona:Aktualizováno