4.14 : Механические функции белков

Белки выполняют множество механических функций в клетке. Эти белки можно разделить на две основные категории: белки, которые создают механические силы, и белки, которые подвергаются механическим воздействиям. Белки, обеспечивающие механическую поддержку структуры клетки, такие как кератин, подвергаются механической силе, в то время как белки, участвующие в движении клетки и транспортировке молекул через мембраны клетки, такие как ионный насос, являются примерами создания механической силы.

Такие функции, как движение клетки и сокращение мышц, требуют преобразования химической энергии в механическую, обычно через конформационные изменения. Например, гидролиз нуклеозидтрифосфатов, таких как АТФ и ГТФ, может привести к небольшому конформационному изменению, которое усиливается до серьезных структурных изменений. Например, EF-Tu — это белок с тремя отдельными доменами, который переносит молекулу тРНК в рибосому. Один из доменов связывает ГТФ, а гидролиз ГТФ до ГДФ приводит к конформационному изменению сайта связывания нуклеотидов из-за высвобождения неорганического фосфата. Это запускает движение альфа-спирали, которая расположена в участке контакта ГТФ-домена и двух других доменов, изменяя относительное положение доменов относительно друг друга. Это позволяет белку высвободить тРНК, удерживаемую тремя доменами в участке контакта, тем самым позволяя ей переместиться в рибосому.

Некоторые белки, такие как актин, обеспечивают множество типов механических функций. Например, актин действует как дорожка, по которой движется механический белок миозин. В зависимости от типа миозин может выполнять различные функции, такие как притягивание актиновых волокон или транспортировка прикрепленной органеллы вдоль волокна. Как часть цитоскелета, актиновые филаменты действуют в качестве механической опоры для клеточной структуры. Во время движения клетки эти нити оказывают давление на клеточную мембрану, заставляя клетку формировать филоподии и ламеллиподии, расширения клеточной мембраны, которые позволяют клетке мигрировать в новое место. Ученые разработали такие методы, как оптический пинцет, с помощью которых можно измерить силу, создаваемую актином при деформации мембраны.