Факультет фундаментальной медицины МГУ

Авторизация

Поиск по сайту

Горизонт 2020

Молекулярные моторы и биологическая подвижность

Проф. Цатурян Андрей Кимович Институт Механики МГУ
Доктор Воротников Александр Вячеславович, ФФМ МГУ

Элективный цикл лекций для студентов ФФМ МГУ, студентов Биологического, Физического, Механико-математического факультетов МГУ и для всех интересующихся молекулярными основами биологической подвижности
Лекции будут читаться по средам, с 17.00 в ауд.501 ФФМ (первая лекция состоится 23 сентября)

Лекция 1. Введение. Основные виды белковых молекулярных моторов.
Миозины, кинезины, динеины, моторы роторного типа и выполняемые ими функции. Общие принципы работы молекулярных моторов. Суперсемейство миозиновых моторов, его представители и их роль в клетке. Структурная организация миозинов (моторный домен, "рычаг", стволовой или карго-домены) и функции различных доменов. Миозин II как основной представитель. Сходство и различие миозинов и кинезинов.
Лекция 2. Структура и функция моторных доменов миозина.
Атомная структура миозиновой головки. АТФ-азный центр, актин-связывающие домены, "рычаг", "реле", "конвертор" - основные узлы миозинового мотора, их структура и функция. Модели строения актиновой нити и актин-миозинового комплекса. Цикл взаимодействия миозина с актином и его связь с гидролизом АТФ, перестройки в моторном домене миозина. Модель "рычага". Сходство структур моторных домена различных миозинов.
Лекция 3. Механика и термодинамика сокращения поперечно-полосатых мышц.
Методы исследования механической функции мышц. Различные типы механических экспериментов - изометрическое и изотоническое сокращение. Жесткость расслабленной и активированной мышцы, вязкоупругие свойства мышцы. Трехэлементная модель Хилла. Уравнение Хилла. Методы исследования термодинамики мышечного сокращения - калориметрия, методы измерения скорости гидролиза АТФ в мышцах и одиночных мышечных волокнах. Теплота активации и теплота укорочения. Эффект Фенна. КПД мышц.
Лекция 4. Исследование миозиновых моторов в волокнах скелетных мышц.
Теория скользящих нитей. Интактые волокна и волокна с проницаемой мембраной - достоинства и недостатки различных мышечных препаратов. Методы синхронизации работы отдельных миозиновых моторов в мышечном волокне: ступенчатые изменения длины и нагрузки, импульсный фотолиз, скачки температуры и давления. Основные результаты нестационарных экспериментов и их интерпретация. Математические модели работы миозиновых моторов в поперечно-полосатых мышцах.
Лекция 5. Методы исследования конформационных изменений в миозиновых моторах в мышечных клетках.
Поляризация флуоресцентных меток, присоединенных к миозиновым головкам и актину, - основные результаты и их интерпретация. Рентгеновская дифракция. Представления о рентгенодифракционном анализе периодических структур, дифракция на спиралях - ДНК, актин, миозин. Экваториальные и меридиональные рефлексы, слоевые линии - их происхождение. Интерпретация изменений интенсивности рентгеновских рефлексов при изменении состояния мышцы в терминах молекулярных движений.
Лекция 6. Методы исследования механики миозинового мотора in vitro.
Искусственные актин-миозиновые подвижные системы, измерение сил и перемещений одиночных молекул с помощью микроигл и оптической ловушки. Физические принципы работы оптических щипцов и оптической ловушки. Основные результаты и их интерпретация. Исследование механизмов работы миозинового мотора с помощью белковой инженерии. Мутации в миозине, приводящие к нарушениям сердечной функции и расстройствам слуха.
Лекция 7. Актиновый и миозиновый типы регуляции сокращения.
Регуляторные белки тонкой нити - тропомиозин, тропонин - и актиновый тип кальциевой регуляции сокращения поперечно-полосатых мышц. Структурные изменения тропонин-тропомиозинового комплекса под действием Са2+ и миозиновых головок; "блокированное", "закрытое" и "открытое" состояния регуляторной единицы. Кооперативность кальциевой регуляции в сердечной мышце как молекулярная основа закона Франка-Старлинга сердца. Актиновая регуляция в гладких мышцах. Миозиновый тип регуляции. Кальциевая регуляция миозина в гладких мышцах моллюсков и позвоночных. Фосфорилирование миозина.
Лекция 8. Фосфорилирование в регуляции активности и надмолекулярной структуры несаркомерных миозинов II.
Конформационные изменения в молекуле миозина II при фосфорилировании регуляторных легких цепей. Активация моторной функции и полимеризации миозина с образованием филаментов различной структуры. Особенности структуры и основные функции хвостовых доменов миозинов. Строение саркомера поперечно-полосатых мышц, сократительного аппарата гладких мышц и немышечных клеток. Структурные белки миозиновых филаментов - титин, твитчин, С?белок, миомезины.
Лекция 9. Регуляция сокращения гладких мышц.
Механические характеристики гладких мышц. Физиологические механизмы регуляции уровня фосфорилирования миозина II в гладкомышечных клетках. Са2+-чувствительность сократительного ответа и тоническое сокращение. Рецептор-зависимые сигнальные механизмы, контролирующие уровень фосфорилирования миозина. Киназы и фосфатазы миозина. Актин-связанные регуляторы актомиозина.
Лекции 10-11. Актиновый мотор и подвижность немышечных клеток.
Актиновый тип клеточной подвижности. Полярность и динамика актиновых филаментов в ламеллиподиях и ламелле. Формирование и эволюция адгезивных контактов. Белки, регулирующие полимеризацию, деполимеризацию, расщепление и ветвление актиновых нитей на переднем крае клетки. Методы прижизненного анализа динамики актина в клетках. Структурная организация и регуляция актин-интегриновых и актин-кадгериновых взаимодействий. Направленная подвижность клеток и сигнальные механизмы ее регуляции. Роль миозинов II типа в регуляции немышечной подвижности.
Лекции 11-12. Функции неклассических миозинов и моторных белков.
Тубулин как молекулярный мотор. Роль микротрубочек в регуляция адгезивных контактов. Взаимодействие цитоскелетных структур в регуляции внутриклеточной подвижности. Динеин, миозины V, VI, VII и IX и внутриклеточный транспорт везикул и органелл.
Зачет