1 / 23

Sähköinen dipoliteoria ja aktomyosiinin molekyylimoottori lihassupistuksessa

Sähköinen dipoliteoria ja aktomyosiinin molekyylimoottori lihassupistuksessa. Markku Lampinen & Tuula Noponen TKK, soveltavan termodynamiikan laboratorio J Theor Biol 2005, 236:397-421. Α -actinin, CapZ. Nebulin. Titin. Myomesin. Thick filament(myosin). Z line. Thin filament(actin).

arnav
Download Presentation

Sähköinen dipoliteoria ja aktomyosiinin molekyylimoottori lihassupistuksessa

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Sähköinen dipoliteoria ja aktomyosiinin molekyylimoottori lihassupistuksessa Markku Lampinen & Tuula Noponen TKK, soveltavan termodynamiikan laboratorio J Theor Biol 2005, 236:397-421

  2. Α-actinin, CapZ Nebulin Titin Myomesin Thick filament(myosin) Z line Thin filament(actin)

  3. Aktiini-myosiini-kompleksi Ca2+ binding site Tropomyosin Actin Troponin complex Myosin binding sites blocked, muscle cannot contract Myosin binding site Myosin binding site exposed; muscle can contract

  4. Myosin head Pi ADP Tropomyosin blocks binding site on G-actin Troponin G-Actin

  5. Power stroke ADP Tropomyosin shifts, exposing binding site on G-actin G-actin moves Cytosolic Ca2+

  6. Sähköteoria • Miten kemiallinen energia varastoituu elektrostaattiseen muotoon myosiinisysteemissä? • Miten se sitten muutetaan työksi?

  7. Miten mahdollista? • Pitkittäissuuntaisesti polarisoitunut molekyylirakenne, negatiivisella fosfaattiryhmällä on suuri sähköinen dipolimomentti  ideaalinen energialähde sähködipolimoottorille • Myosiinipää varastoi runsaasti vesimolekyylejä  syntyy ATP-vetoinen molekyylimoottori

  8. Toimintaperiaate • Vesimolekyylit varastoivat sähköiseen muotoon ATP:n hydrolyysistä vapautuneen kemiallisen energian  sähköinen dipolimomentti (pi) • Sähköisen energian väheneminen muutetaan mekaaniseksi työksi myosiinipään rotaatioliikkeessä, kun dipolit (pi ) ovat vuorovaikutuksessaATP:n potentiaalikentän kanssa (V0) ja aktiinin potentiaalikentän kanssa

  9. Toimintaperiaate … • Hydrolyysireaktio palautuu alkuperäiseen dipolimomenttiin (p0) • Jäljelle jäänyt ADP:n dipolimomentti on pieni ja palauttaa negatiivisen sähköisen energian alkutilaan • ADP:n irtoaa myosiinipäästä ja syklinen prosessi alkaa alusta.

  10. Miten selvitettiin? • Laskettiin myosiinisysteemin sähköinen energia derivoimalla • Data saatiin aiemmin julkaistuista:ATP (p0 230 debye) vesimolekyyli (N  720) • Gibbsin vapaan energian muutos ATP:n sitoutumisessa ja hydrolyysissä voidaan laskennallisesti muuttaa sähköisen energian muotoon vaihe vaiheelta

  11. Miten selvitettiin? • Virtuaalityön avulla tutkittiin aktiinin ja myosiinin välistä mekaanista työtä • Mukana aina mekaaninen vääntömomentti l. liike dipolitilojen p0 ja pi välillä • M 16pN nm • Tämä voima saa myosiinipään toimimaan saksenmuotoisena dipolimoottorina

  12. Sarkomeeri • Pinta-ala 1620 nm2 • Pituus 2-3 m • Tilavuus 4.9·10-21m3

  13. Molekyylimekanismi • Despopoulos & Silbernagl (1991) • Ca2+ 1-10 mol/l

  14. Myosiinin pään liike synnyttää sähköisen momentin (M)  etäisyys TA lyhenee • Myosiinin piste A yhdessä aktiinin kanssa aloittaa liikkeen vasemmalle • Voima (F) yhdensuuntainen X-akselin kanssa, kun TN kohtisuorassa x-akseliin • Myosiinin kohta A irtoaa aktiinista

  15. Gibbsin vapaan energian muutos • ATP:n hydrolyysi Kodama (1985) • Molatiliteetti oletetaan mATP = 1.4 mmol/kgmADP = 0.2 mmol/kg

  16. Sähkötermodynaaminen systeemi

  17. ATP:n dipolimomentti

  18. ATP:n dipolimomentit Aktiini-tropomyosiinisysteemin ekvipotentiaaliset pinnat

  19. Myosiinipään tangentit aktiinikontaktissa • Bagshaw (1994)

  20. Sähköiset voimat ja momentit ATP:n ja vesimolekyylin välillä • Dipoliorientaatio (a), orientaatio dipolien pi ja p0 välillä (b) sähköisen momentin vaikutus myosiinipäähän (c)

  21. Conclusions • Tarkastelussa esitetään kaikkiaan 104 kaavaa • Gibbsin vapaan energian muutos ATP:n sitoutumisvaiheessa -33 kJ ja hydrolyysissä -23 kJ • Voidaan muuttaa sähköiseksi energiaksi M = 16 pN nm, joka siis suorittaa pääosan syklissä tapahtuvasta työstä

  22. Conclusions • Vesimolekyylien määrä (restrained) N = 720 näyttää olevan optimaalinen saamaan aikaan ATP:n dipolimomentin. • Vähäisempi molekyylimäärä  kemiallinen energia ei varastoidu riittävästi sähköisen energian muotoon • Maksimivoima myosiinipäätä kohti on 9.4 pN

More Related