Miosina

Las miosinas son una superfamilia de proteínas motoras más conocidas por sus funciones en la contracción muscular y en una amplia gama de otros procesos de motilidad en eucariotas. Son dependientes de ATP y responsables de la motilidad basada en actina.

La primera miosina (M2) que se descubrió fue en 1864 por Wilhelm Kühne. Kühne había extraído una proteína viscosa del músculo esquelético que consideraba responsable de mantener el estado de tensión en el músculo. Llamó a esta proteína miosina. El término se ha ampliado para incluir un grupo de ATPasas similares que se encuentran en las células tanto del tejido muscular estriado como del tejido muscular liso.

Tras el descubrimiento en 1973 de enzimas con función similar a la miosina en Acanthamoeba castellanii, se ha descubierto una gama global de genes de miosina divergentes en todo el reino de los eucariotas.

Aunque originalmente se pensó que la miosina estaba restringida a las células musculares (por lo tanto, myo- (s) + -in), no existe una "miosina" única; más bien es una superfamilia muy grande de genes cuyos productos proteicos comparten las propiedades básicas de unión a actina, hidrólisis de ATP (actividad de la enzima ATPasa) y transducción de fuerza. Prácticamente todas las células eucariotas contienen isoformas de miosina. Algunas isoformas tienen funciones especializadas en ciertos tipos de células (como el músculo), mientras que otras isoformas son ubicuas. La estructura y función de la miosina se conserva globalmente en todas las especies, en la medida en que la miosina II del músculo de conejo se unirá a la actina de una ameba.

Estructura y funciones

Dominios

La mayoría de las moléculas de miosina están compuestas por un dominio de cabeza, cuello y cola.

• El dominio de la cabeza se une a la actina filamentosa y utiliza la hidrólisis de ATP para generar fuerza y ​​"caminar" a lo largo del filamento hacia el extremo con púas (+) (con la excepción de la miosina VI, que se mueve hacia el extremo puntiagudo (-)).
• el dominio del cuello actúa como enlazador y como brazo de palanca para transducir la fuerza generada por el dominio motor catalítico. El dominio del cuello también puede servir como sitio de unión para las cadenas ligeras de miosina, que son proteínas distintas que forman parte de un complejo macromolecular y generalmente tienen funciones reguladoras.
• El dominio de la cola generalmente media la interacción con las moléculas de carga y/u otras subunidades de miosina. En algunos casos, el dominio de la cola puede desempeñar un papel en la regulación de la actividad motora.

Golpe de potencia

Múltiples moléculas de miosina II generan fuerza en el músculo esquelético a través de un mecanismo de golpe de potencia alimentado por la energía liberada por la hidrólisis de ATP. El golpe de fuerza se produce en la liberación de fosfato de la molécula de miosina después de la hidrólisis de ATP, mientras que la miosina está estrechamente unida a la actina. El efecto de esta liberación es un cambio conformacional en la molécula que tira contra la actina. La liberación de la molécula de ADP conduce al llamado estado de rigor de la miosina. La unión de una nueva molécula de ATP liberará la miosina de la actina. La hidrólisis de ATP dentro de la miosina hará que se una nuevamente a la actina para repetir el ciclo. El efecto combinado de la miríada de golpes de poder hace que el músculo se contraiga.

Nomenclatura, evolución y árbol genealógico

La amplia variedad de genes de miosina que se encuentran en los filos eucariotas se nombraron de acuerdo con diferentes esquemas a medida que se iban descubriendo. Por lo tanto, la nomenclatura puede ser algo confusa cuando se intenta comparar las funciones de las proteínas de miosina dentro y entre organismos.

La miosina del músculo esquelético, la más conspicua de la superfamilia de miosina debido a su abundancia en las fibras musculares, fue la primera en ser descubierta. Esta proteína forma parte del sarcómero y forma filamentos macromoleculares compuestos por múltiples subunidades de miosina. Se encontraron proteínas de miosina formadoras de filamentos similares en el músculo cardíaco, el músculo liso y las células no musculares. Sin embargo, a partir de la década de 1970, los investigadores comenzaron a descubrir nuevos genes de miosina en eucariotas simples que codificaban proteínas que actuaban como monómeros y, por lo tanto, se denominaron miosinas de clase I. Estas nuevas miosinas se denominaron colectivamente "miosinas no convencionales".y se han encontrado en muchos tejidos además del músculo. Estos nuevos miembros de la superfamilia se han agrupado de acuerdo con las relaciones filogenéticas derivadas de una comparación de las secuencias de aminoácidos de sus dominios principales, y a cada clase se le asigna un número romano (ver árbol filogenético). Las miosinas no convencionales también tienen dominios de cola divergentes, lo que sugiere funciones únicas. La variedad ahora diversa de miosinas probablemente evolucionó a partir de un precursor ancestral (ver imagen).

El análisis de las secuencias de aminoácidos de diferentes miosinas muestra una gran variabilidad entre los dominios de la cola, pero una fuerte conservación de las secuencias del dominio de la cabeza. Presumiblemente, esto se debe a que las miosinas pueden interactuar, a través de sus colas, con una gran cantidad de cargas diferentes, mientras que el objetivo en cada caso, moverse a lo largo de los filamentos de actina, sigue siendo el mismo y, por lo tanto, requiere la misma maquinaria en el motor. Por ejemplo, el genoma humano contiene más de 40 genes de miosina diferentes.

Estas diferencias de forma también determinan la velocidad a la que las miosinas pueden moverse a lo largo de los filamentos de actina. La hidrólisis de ATP y la posterior liberación del grupo fosfato provoca el "golpe de potencia", en el que la región del "brazo de palanca" o "cuello" de la cadena pesada es arrastrada hacia adelante. Dado que la carrera de potencia siempre mueve el brazo de palanca en el mismo ángulo, la longitud del brazo de palanca determina el desplazamiento de la carga en relación con el filamento de actina. Un brazo de palanca más largo hará que la carga atraviese una mayor distancia aunque el brazo de palanca sufra el mismo desplazamiento angular, al igual que una persona con piernas más largas puede moverse más lejos con cada paso individual. La velocidad de un motor de miosina depende de la velocidad a la que pasa a través de un ciclo cinético completo de unión de ATP a la liberación de ADP.

Clases de miosina

Miosina I

La miosina I, una proteína celular ubicua, funciona como monómero y funciona en el transporte de vesículas. Tiene un tamaño de paso de 10 nm y ha sido implicado como responsable de la respuesta de adaptación de los estereocilios en el oído interno.

Miosina II

La miosina II (también conocida como miosina convencional) es el tipo de miosina responsable de producir la contracción muscular en las células musculares en la mayoría de los tipos de células animales. También se encuentra en células no musculares en haces contráctiles llamados fibras de estrés.

• La miosina II contiene dos cadenas pesadas, cada una de aproximadamente 2000 aminoácidos de longitud, que constituyen los dominios de cabeza y cola. Cada una de estas cadenas pesadas contiene el dominio de la cabeza N-terminal, mientras que las colas C-terminal adoptan una morfología de bobina enrollada, manteniendo unidas las dos cadenas pesadas (imagine dos serpientes envueltas una alrededor de la otra, como en un caduceo). Así, la miosina II tiene dos cabezas. El dominio intermedio del cuello es la región que crea el ángulo entre la cabeza y la cola. En el músculo liso, un solo gen (MYH11) codifica las cadenas pesadas de miosina II, pero las variantes de empalme de este gen dan como resultado cuatro isoformas distintas.
• También contiene 4 cadenas ligeras de miosina (MLC), lo que da como resultado 2 por cabeza, con un peso de 20 (MLC ₂₀) y 17 (MLC ₁₇) kDa. Estos unen las cadenas pesadas en la región del "cuello" entre la cabeza y la cola.
  • La MLC ₂₀ también se conoce como la cadena ligera reguladora y participa activamente en la contracción muscular.
  • La MLC ₁₇ también se conoce como la cadena ligera esencial. Su función exacta no está clara, pero se cree que contribuye a la estabilidad estructural de la cabeza de miosina junto con MLC ₂₀. Existen dos variantes de MLC ₁₇ (MLC _17a/b) como resultado del corte y empalme alternativo en el gen MLC _17.

En las células musculares, las largas colas enrolladas de las moléculas de miosina individuales se unen y forman los filamentos gruesos de la sarcómero. Los dominios de la cabeza que producen fuerza sobresalen del lado del filamento grueso, listos para caminar a lo largo de los filamentos delgados adyacentes basados ​​en actina en respuesta a las señales químicas adecuadas.

Miosina III

La miosina III es un miembro poco conocido de la familia de la miosina. Se ha estudiado in vivo en los ojos de Drosophila, donde se cree que desempeña un papel en la fototransducción. Un gen homólogo humano para la miosina III, MYO3A, ha sido descubierto a través del Proyecto Genoma Humano y se expresa en la retina y la cóclea.

Miosina IV

La miosina IV tiene un solo motivo IQ y una cola que carece de cualquier secuencia formadora de bobina enrollada. Tiene una homología similar a los dominios de la cola de la miosina VII y XV.

Miosina V

La miosina V es un motor de miosina no convencional, que se procesa como un dímero y tiene un tamaño de paso de 36 nm. Se transloca (camina) a lo largo de los filamentos de actina viajando hacia el extremo con púas (+ extremo) de los filamentos. La miosina V está involucrada en el transporte de carga (p. ej., ARN, vesículas, orgánulos, mitocondrias) desde el centro de la célula a la periferia, pero además se ha demostrado que actúa como una atadura dinámica, reteniendo vesículas y orgánulos en el medio rico en actina. periferia de las células. Un reciente estudio de reconstitución in vitro de una sola molécula sobre el ensamblaje de filamentos de actina sugiere que la miosina V viaja más lejos en la actina F recién ensamblada (rica en ADP-Pi), mientras que las longitudes de proceso procesadas son más cortas en la actina F más antigua (rica en ADP).

Miosina VI

La miosina VI es un motor de miosina no convencional, que procesa principalmente como un dímero, pero también actúa como un monómero no procesador. Camina a lo largo de los filamentos de actina, viajando hacia el extremo puntiagudo (extremo -) de los filamentos. Se cree que la miosina VI transporta vesículas endocíticas al interior de la célula.

Miosina VII

La miosina VII es una miosina no convencional con dos dominios FERM en la región de la cola. Tiene un brazo de palanca extendido que consta de cinco motivos IQ de unión a calmodulina seguidos de una sola hélice alfa (SAH). La miosina VII es necesaria para la fagocitosis en Dictyostelium discoideum, la espermatogénesis en C. elegans y la formación de estereocilios en ratones y peces cebra.

Miosina VIII

La miosina VIII es una miosina específica de plantas vinculada a la división celular; específicamente, participa en la regulación del flujo de citoplasma entre las células y en la localización de vesículas en el fragmoplasto.

Miosina IX

La miosina IX es un grupo de proteínas motoras de una sola cabeza. Primero se demostró que estaba dirigido al extremo negativo, pero un estudio posterior mostró que está dirigido al extremo positivo. El mecanismo de movimiento de esta miosina es poco conocido.

Miosina X

La miosina X es un motor de miosina no convencional, que funciona como un dímero. Se cree que la dimerización de la miosina X es antiparalela. Este comportamiento no se ha observado en otras miosinas. En las células de mamíferos, se encuentra que el motor se localiza en los filopodios. La miosina X camina hacia los extremos con púas de los filamentos. Algunas investigaciones sugieren que camina preferentemente sobre haces de actina, en lugar de filamentos individuales. Es el primer motor de miosina encontrado que exhibe este comportamiento.

Miosina XI

La miosina XI dirige el movimiento de orgánulos como los plástidos y las mitocondrias en las células vegetales. Es responsable del movimiento dirigido por la luz de los cloroplastos de acuerdo con la intensidad de la luz y la formación de estromules que interconectan diferentes plástidos. La miosina XI también juega un papel clave en el crecimiento de la punta de la raíz polar y es necesaria para el alargamiento adecuado del vello de la raíz. Se descubrió que una miosina XI específica que se encuentra en Nicotiana tabacum es el motor molecular de proceso más rápido conocido, moviéndose a 7 μm/s en pasos de 35 nm a lo largo del filamento de actina.

Miosina XII

Miosina XIII

Miosina XIV

Este grupo de miosina se ha encontrado en el filo Apicomplexa. Las miosinas se localizan en las membranas plasmáticas de los parásitos intracelulares y luego pueden participar en el proceso de invasión celular.

Esta miosina también se encuentra en el protozoo ciliado Tetrahymena thermaphila. Las funciones conocidas incluyen: transportar fagosomas al núcleo y perturbar la eliminación regulada por el desarrollo del macronúcleo durante la conjugación.

Miosina XV

La miosina XV es necesaria para el desarrollo de la estructura central de actina de los estereocilios inmóviles ubicados en el oído interno. Se cree que es funcional como monómero.

Miosina XVI

Miosina XVII

Miosina XVIII

MYO18A Un gen en el cromosoma 17q11.2 que codifica moléculas motoras basadas en actina con actividad ATPasa, que pueden participar en el mantenimiento del andamiaje de células del estroma necesario para mantener el contacto intercelular.

Miosina XIX

La miosina XIX no convencional (Myo19) es un motor de miosina asociado a la mitocondria.

Genes en humanos

Tenga en cuenta que no todos estos genes están activos.

• Clase I: MYO1A, MYO1B, MYO1C, MYO1D, MYO1E, MYO1F, MYO1G, MYO1H
• Clase II: MYH1, MYH2, MYH3, MYH4, MYH6, MYH7, MYH7B, MYH8, MYH9, MYH10, MYH11, MYH13, MYH14, MYH15, MYH16
• Clase III: MYO3A, MYO3B
• Clase V: MYO5A, MYO5B, MYO5C
• Clase VI: MYO6
• Clase VII: MYO7A, MYO7B
• Clase IX: MYO9A, MYO9B
• Clase X: MYO10
• Clase XV: MYO15A
• Clase XVIII: MYO18A, MYO18B

Las cadenas ligeras de miosina son distintas y tienen sus propias propiedades. No se consideran "miosinas", pero son componentes de los complejos macromoleculares que forman las enzimas miosina funcionales.

• Cadena ligera: MYL1, MYL2, MYL3, MYL4, MYL5, MYL6, MYL6B, MYL7, MYL9, MYLIP, MYLK, MYLK2, MYLL1

Paramiosina

La paramiosina es una proteína muscular grande de 93-115 kDa que se ha descrito en varios filos de invertebrados diversos. Se cree que los filamentos gruesos de los invertebrados están compuestos por un núcleo interno de paramiosina rodeado de miosina. La miosina interactúa con la actina, lo que resulta en la contracción de la fibra. La paramiosina se encuentra en muchas especies diferentes de invertebrados, por ejemplo, Brachiopoda, Sipunculidea, Nematoda, Annelida, Mollusca, Arachnida e Insecta. La paramiosina es responsable del mecanismo de "captura" que permite la contracción sostenida de los músculos con muy poco gasto de energía, de modo que una almeja puede permanecer cerrada durante períodos prolongados.