17.1 Molekulární mechanismy pohybu buněk

Cytoskeletální soustava zajišťuje buněčné pohyby prostřednictvím asociovaných proteinů mikrotubulů a mikrofilament, tzv. molekulových motorů. Zdrojem energie je hydrolýza ATP nebo GTP. Jejich obecná struktura je stejná – motorová doména ve tvaru hlavičky má ATPázovou aktivitu – kontaktem hlavičky s cytoskeletální strukturou se ATP hydrolyzuje a změní se konformace hlavičky, což se projeví jejím posunem po mikrotubulu nebo mikrofilamentu. Koncová doména má vazebná místa pro jiné molekuly či buněčné struktury. V případě, že cytoskeletální struktura je k nějaké jiné struktuře fixována, molekulový motor se pohybuje po ní; naopak je-li motorový protein fixován koncovou doménou k nějaké struktuře, pak molekulový motor pohybuje cytoskeletální strukturou (např. klouzání mikrotubulů). V omezené míře buňka může realizovat kinetické funkce i řízenou a prostorově orientovanou polymerací a depolymerací mikrotubulů a mikrofilament.

22.1.1 Systém aktin - myosin
Základem aktomyosinového systému, který byl studován na buňkách příčně pruhovaných svalů, je sarkomera tvořená tlustými filamenty (hlavní komponentou je myosin) a tenkými filamenty (převážně z aktinu). Kontrakce sarkomery se děje teleskopickým zasouváním filament mezi sebe.
Molekulární mechanismus klouzání vláken je založen na cyklické interakci myosinových hlaviček s aktinem tenkého vlákna (obr. 1).

a) Na začátku cyklu je myosinová hlavička bez navázaného ATP pevně spojená s aktinovým vláknem a je ohnutá v úhlu asi 45°. b) Navázáním ATP na myosinovou hlavičku se mírně změní její konformace, která vede k odpojení myosinu od aktinového vlákna. c) Nyní se ATP hydrolyzuje, což vede k napřímení myosinové hlavičky do úhlu asi 90°; produkty hydrolýzy ATP však zůstávají vázané na hlavičku. d) Myosinová hlavička se nyní připojí na nové místo aktinového vlákna při současném uvolnění anorganického fosfátu z hydrolýzy ATP. Toto uvolnění fosfátu spouští „silový záběr“ – silotvornou změnu tvaru myosinové hlavičky do původní konformace, při které se současně uvolňuje ADP (e). f) Myosinová hlavička se opět ohne do úhlu 45°a tím současně posune aktinové mikrofilamentum asi o 5 – 10 nm. Tím je cyklus uzavřen a připraven pro další vazbu ATP. Za 1 sekundu proběhne asi 5 těchto kroků. V tlustém vláknu myosinu v sarkomeře kosterního svalu je asi 500 hlaviček.
V nesvalových buňkách myosinu je mnohem méně a vlákna jsou kratší a labilnější. Vytvářejí bipolární agregáty o 10 až 20 molekulách. Fosforylace nesvalového myosinu je uskutečňována myosinkinázou. Aby pohyb zprostředkovaný tímto mechanismem měl prostorový smysl, musí být mikrofilamenta v buňce zakotvena; nejčastěji do cytoplazmatické membrány.

22.1.2 Systém mikrotubulus - dynein (event. kinesin)
Systém mikrotubulus - dynein je analogický aktinomyosinovému systému. ATPázovou aktivitu má molekula dyneinu, která tvoří příčné spojky mezi mikrotubuly. Při vazbě ATP se přeruší vazba hlavičky dyneinu, dojde k jejímu ohnutí a připojení na mikrotubulus v novém místě. Tím mikrotubuly klouzají vůči sobě a ohýbají se (obr. 2).


Kinesin je schopen se pohybovat po mikrotubulu od –konce k +konci, ale vlastní mechanochemický cyklus není zatím detailně znám (obr. 3).