Protéine motrice - Motor protein

Les protéines motrices sont une classe de moteurs moléculaires qui peuvent se déplacer le long du cytoplasme des cellules animales. Ils convertissent l'énergie chimique en travail mécanique par l' hydrolyse de l' ATP . La rotation flagellaire est cependant alimentée par une pompe à protons .

Fonctions cellulaires

Le meilleur exemple de protéine motrice est la protéine musculaire myosine qui " moteur " la contraction des fibres musculaires chez les animaux. Les protéines motrices sont la force motrice du transport le plus actif des protéines et des vésicules dans le cytoplasme . Les kinésines et les dynéines cytoplasmiques jouent des rôles essentiels dans le transport intracellulaire tel que le transport axonal et dans la formation de l' appareil fusiforme et la séparation des chromosomes au cours de la mitose et de la méiose . La dynéine axonémale , présente dans les cils et les flagelles , est cruciale pour la motilité cellulaire , par exemple dans les spermatozoïdes , et le transport des fluides, par exemple dans la trachée.

Maladies associées aux défauts des protéines motrices

L'importance des protéines motrices dans les cellules devient évidente lorsqu'elles ne remplissent pas leur fonction. Par exemple, des carences en kinésine ont été identifiées comme la cause de la maladie de Charcot-Marie-Tooth et de certaines maladies rénales . Les carences en dynéine peuvent entraîner des infections chroniques des voies respiratoires, car les cils ne fonctionnent pas sans dynéine. De nombreuses carences en myosine sont liées à des états pathologiques et à des syndromes génétiques. Parce que la myosine II est essentielle à la contraction musculaire, les défauts de la myosine musculaire provoquent de manière prévisible des myopathies. La myosine est nécessaire dans le processus auditif en raison de son rôle dans la croissance des stéréocils, de sorte que des défauts dans la structure de la protéine myosine peuvent conduire au syndrome d'Usher et à la surdité non syndromique .

Protéines motrices du cytosquelette

Les protéines motrices utilisant le cytosquelette pour le mouvement se répartissent en deux catégories selon leur substrat : les microfilaments ou microtubules . Les moteurs de l' actine tels que la myosine se déplacent le long des microfilaments par interaction avec l' actine , et les moteurs des microtubules tels que la dynéine et la kinésine se déplacent le long des microtubules par interaction avec la tubuline .

Il existe deux types de base de moteurs de microtubules : les moteurs à extrémité positive et les moteurs à extrémité négative, selon la direction dans laquelle ils « marchent » le long des câbles des microtubules à l'intérieur de la cellule.

moteurs actine

Myosine

Les myosines sont une superfamille de protéines motrices d' actine qui convertissent l'énergie chimique sous forme d'ATP en énergie mécanique, générant ainsi force et mouvement. La première myosine identifiée, la myosine II, est responsable de la génération de la contraction musculaire . La myosine II est une protéine allongée formée de deux chaînes lourdes avec des têtes motrices et de deux chaînes légères. Chaque tête de myosine contient de l'actine et un site de liaison à l'ATP. Les têtes de myosine se lient et hydrolysent l'ATP, qui fournit l'énergie nécessaire pour marcher vers l'extrémité positive d'un filament d'actine. La myosine II est également vitale dans le processus de division cellulaire . Par exemple, les filaments épais bipolaires non musculaires de la myosine II fournissent la force de contraction nécessaire pour diviser la cellule en deux cellules filles pendant la cytokinèse. En plus de la myosine II, de nombreux autres types de myosine sont responsables de divers mouvements des cellules non musculaires. Par exemple, la myosine est impliquée dans l'organisation intracellulaire et la saillie de structures riches en actine à la surface cellulaire. La myosine V est impliquée dans le transport des vésicules et des organites. La myosine XI est impliquée dans le flux cytoplasmique , dans lequel le mouvement le long des réseaux de microfilaments dans la cellule permet aux organites et au cytoplasme de s'écouler dans une direction particulière. Dix-huit classes différentes de myosines sont connues.

Représentation génomique des moteurs de la myosine :

Moteurs de microtubules

Kinésine

Les kinésines sont un groupe de protéines motrices apparentées qui utilisent une piste de microtubules dans le mouvement antérograde . Ils sont essentiels à la formation du fuseau dans la séparation mitotique et méiotique des chromosomes au cours de la division cellulaire et sont également responsables de la navette entre les mitochondries , les corps de Golgi et les vésicules au sein des cellules eucaryotes . Les kinésines ont deux chaînes lourdes et deux chaînes légères par moteur actif. Les deux domaines moteurs de la tête globulaire dans les chaînes lourdes peuvent convertir l'énergie chimique de l'hydrolyse de l'ATP en travail mécanique pour se déplacer le long des microtubules. La direction dans laquelle la cargaison est transportée peut être vers le plus ou le moins, selon le type de kinésine. En général, les kinésines avec des domaines moteurs N-terminaux déplacent leur cargaison vers les extrémités plus des microtubules situés à la périphérie de la cellule, tandis que les kinésines avec des domaines moteurs C-terminaux déplacent la cargaison vers les extrémités moins des microtubules situés au noyau. Quatorze familles distinctes de kinésines sont connues, avec quelques protéines de type kinésine supplémentaires qui ne peuvent pas être classées dans ces familles.

Représentation génomique des moteurs à kinésine :

Dynéine

Les dynéines sont des moteurs de microtubules capables d'un mouvement de glissement rétrograde . Les complexes de dynéine sont beaucoup plus gros et plus complexes que les moteurs kinésine et myosine. Les dynéines sont composées de deux ou trois chaînes lourdes et d'un nombre important et variable de chaînes légères associées. Les dynéines conduisent le transport intracellulaire vers l'extrémité négative des microtubules qui se trouve dans le centre d'organisation des microtubules près du noyau. La famille des dynéines a deux branches principales. Les dynéines axonémales facilitent le battement des cils et des flagelles par des mouvements de glissement rapides et efficaces des microtubules. Une autre branche est constituée des dynéines cytoplasmiques qui facilitent le transport des cargaisons intracellulaires. Par rapport aux 15 types de dynéine axonémale, seules deux formes cytoplasmiques sont connues.

Représentation génomique des moteurs dynéine :

Moteurs spécifiques à l'installation

Contrairement aux animaux , aux champignons et aux plantes non vasculaires , les cellules des plantes à fleurs manquent de moteurs dynéine. Cependant, ils contiennent un plus grand nombre de kinésines différentes. Bon nombre de ces groupes de kinésines spécifiques aux plantes sont spécialisés pour des fonctions au cours de la mitose des cellules végétales . Les cellules végétales diffèrent des cellules animales en ce qu'elles ont une paroi cellulaire . Au cours de la mitose, la nouvelle paroi cellulaire est construite par la formation d'une plaque cellulaire commençant au centre de la cellule. Ce processus est facilité par un phragmoplaste , un réseau de microtubules unique à la mitose des cellules végétales. La construction de la plaque cellulaire et finalement de la nouvelle paroi cellulaire nécessite des protéines motrices de type kinésine.

Une autre protéine motrice essentielle à la division cellulaire végétale est la protéine de liaison à la calmoduline de type kinésine (KCBP), qui est unique aux plantes et en partie à la kinésine et en partie à la myosine.

Autres moteurs moléculaires

Outre les protéines motrices ci-dessus, il existe de nombreux autres types de protéines capables de générer des forces et un couple dans la cellule. Beaucoup de ces moteurs moléculaires sont omniprésents dans les cellules procaryotes et eucaryotes , bien que certains, tels que ceux impliqués dans les éléments du cytosquelette ou la chromatine , soient uniques aux eucaryotes. La protéine motrice prestine , exprimée dans les cellules ciliées externes de la cochlée des mammifères, produit une amplification mécanique dans la cochlée. Il s'agit d'un convertisseur tension-force directe, qui fonctionne à la cadence de la microseconde et possède des propriétés piézoélectriques.

Voir également

Les références

Liens externes