שלד התא הוא רשת סבוכה של סיבים דקים המהווים את התשתית עליה בנוי התא. שלד זה שומר את האברונים במקומם ומונע מהם לצוף בנוזל התוך-תאי (ציטופלזמה) ולנדוד ממקום למקום. בנוסף הוא משמש גם כמעין רשת של פסי רכבת שחומרים ואברונים נעים עליהם באופן מסודר ברחבי התא החי. מבנה השלד התוך תאי מקנה לתאים את צורתם ומאפשר תנועה עצמאית של התאים ושותף בתהליכי חלוקת התא.
השלד מורכב מסוגי סיבים חלבוניים שונים, ביניהם אקטין ומיוזין.
[1][2]
חלבון המיוזין
מיוזין הינו חלבון המהווה מרכיב מרכזי במערכת סיבי שלד התא, בערך זה נתמקד במבנהו ותפקודו ב תאי שריר
. השרירים בגופנו אחראים על כל הפעולות שדורשות תנועה כלשהי, החל בתנועות רצוניות כמו הליכה, אחיזה או הנעה של האיברים וכלה בתנועות לא רצוניות כמו נשימה, פעימות לב, הנעת מערכת העיכול, הפרשות ועוד. לכל השרירים בגוף יש מנגנון פעולה דומה, שכולל פעילות תלוית סידן ו-ATP של מנוע מולקולרי בשם מיוזין, שמחליק על גבי סיבי אקטין.
[3]
מבנה המיוזין
איזופורמים שונים של חלבון המיוזין מצויים ברוב התאים האאוקריוטים. אנו בחרנו להתמקד באיזופורם של תאי שריר.
כל מולקולת חלבון מיוזין בנויה משני "ראשים" ו"זנב" אחד ארוך במבנה צר. כפי שניתן לראות בהדמיה (רואים חלק קטן מהזנבות) המיוזין מסודר בצורה של סיב, כאשר מספר מולקולות מלופפות באזור זנבותיהן והראשים פונים לכיוונים מנוגדים.
ה"זנב" מורכב משתי שרשראות של חומצות אמיניות המאורגנות כל אחת במבנה של אלפא הליקס. השרשראות מלופפות זו על זו במבנה סליל כפול (בדומה למבנה הדנ"א) ניתן לראות את .המבנה השניוני של חלבון המיוזין השלם (ורוד מסמל אלפא הליקס, צהוב מסמל משטחי בטא)
ה"ראשים" נמצאים בקצה המולקולה ובהם מתקיימות שתי פעולות המשמשות כמעין מנוע מולקולרי הממיר אנרגיה כימית לארגיה מכנית:
א. פעילות ATPase : פירוק מולקולת ATP ל ADP+Pi.
ב. פעילות מוטורית: מאפשרת את התנועה של סיבי השריר.[4]
למעלה:מבנה תא השריר למטה:סידור סיבי האקטין והמיוזין בתוך תא השריר
על מנת שחלבון המיוזין יבצע את פעילותו המוטורית עליו להיקשר לסיב האקטין.
הקשר בין מולקולות האקטין למיוזין מתבצע באזור ה"ראשים" של מולקולות המיוזין, בשני אתרי קישור לאקטין : האתר הראשון מורכב מ - 13 חומצות אמינו (667-689), רובן פולריות, היוצרות קשרי מימן. האתר השני מורכב מ - 15 חומצות אמינו (768-782), רובן פולריות וטעונות חיובית, היוצרות קשרי מימן וקשרים יוניים.[5]
כפי שניתן לראות בהדמיה (כחול- חומצה טעונה חיובית)
מנגנון התכווצות השריר מבוסס על אינטראקציה בין כמה גורמים:
● סיבים דקים – מולקולות האקטין
● סיבים עבים – מולקולות המיוזין
● מולקולות חלבון שונות – טרופומיוזין (Tropomyosin) וטרופונין
● יוני סידן
● ATP
סיבי האקטין והמיוזין, ניתן לראות את הראש המוטורי בשלבי החיבור השונים לסיב האקטין
הקשר בין כל גורמים אלה הוא בעובדה שהמולקולות בעלות הסיבים הדקים (אקטין, טרופומיוזין וטרופונין) מצויות במבנה מלופף סביב הסיבים העבים לאורך השריר (מיוזין). המבנה המרחבי של הקומפלקס אקטין-טרופומיוזין-טרופונין, אשר במצב קשור חוסם את אתרי הקשירה לאקטין, מונע את התקשרות האקטין למיוזין וכך גם אינו מאפשר את התכווצות השריר. מנגנון התכווצות השרירים מבוסס על כושר התנועה של "ראשי" מולקולות המיוזין.
הסרטון הבא ממחיש את מבנה סיבי החלבון בשריר.
קיימים ארבעה שלבים הגורמים לתנועתם:
1 השלב הראשון נקרא "מחובר" (attached) . בשלב זה, יש צורך לגרום לתנועה של מולקולות הטרופונין והטרופומיוזין, כיוון שהן חוסמות את אתרי הקישור. תהליך זה מתבצע על ידי קשירת יוני סידן לטרופומיוזין. קשירה זו גורמת לטרופומיוזין לנוע מאתר הקישור וכך מתאפשרת אינטראקציה מרחבית בין האקטין למיוזין. ניתן לראות בהדמיה את אתר הקישור לאקטין
2 "משוחרר" (release) - בשלב השני ATP נקשר למולקולת המיוזין. דבר זה גורם לשחרור הקשר בין המיוזין לאקטין, ולשרירים להיות במצב נוקשה. ניתן לראות את אתרי הקישור לATP
4 "הפעלת כוח" (force generating) - בשלב הרביעי, שחרור תוצר ההידרוליזה (Pi) גורם לחיזוק ההתקשרות בין האקטין למיוזין ולהתגבשות המבנה המשותף בכוחות דחיפה ודחיסה.[6][7]
בהדמיה זו ניתן לראות את כל אתרי הקישור בראש המוטורי של המיוזין (כחול-קישור לאקטין, ורוד-קישור לפוספט, כתום-קישור לADP)
הסרטון הבא ממחיש את שלבי פעילות מנגנון הכיווץ - אקטין-מיוזין.
ATPשלבי קישור האקטין והמיוזין והידרוליזת מולקולת ה
motor domain מוטציות ב
מוטציות רבות בגנים המקודדים ל motor domain עלולות לגרום לקשיים בתפקוד תקין של פעולת השרירים. למשל, מוטציות באזור הקשירה לאקטין ובאזור הקישור לATP בשריר הלב עלולות לגרום לFamilial hypertrophic cardiomyopathy, מחלה תורשתית בה נגרמת התעבות של שריר זה. ההתעבות גורמת לשאיבת הדם להתרחש בצורה לא יעילה ואף להוביל להתקף לב.
נמצא כי המוטציות כוללות שינוי בחומצות אמינו יחידות הסמוכות לאתרי הקישור לאקטין ול ATP באתרים הבאים
(Val 606,Arg 403, Arg 249)
גורמות לשיבוש במבנה המרחבי של המיוזין אשר גורם לפעילות לא תקינה של השריר.
ניתן לראות באיור את מיקום המוטציות הנקודתיות הגורמות למחלה:
[8]
↑Roopnarine, Osha, and Leslie A. Leinwand. "Functional analysis of myosin mutations that cause familial hypertrophic cardiomyopathy." Biophysical journal 75.6 (1998): 3023-3030.
