Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Рентгеноструктурное исследование молекулярной механики мышечного сокращения
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика
Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Цатурян, Андрей Кимович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Объект и методы исследований
ГЛАВА 2. Рентгенодифракционная картина при различных физиологических и биохимических состояниях мышечных волокон
ГЛАВА 3. Механические и структурные ответы на изменение длины мышечных волокон
ГЛАВА 4. Механические и структурные ответы на скачок температуры
ГЛАВА 5. Механические и структурные ответы на импульсное выделение АТФ в мышечных волокнах
ГЛАВА 6. Некоторые задачи теории рентгеновской дифракции на цепных молекулах
ГЛАВА 7. Математическое моделирование рентгеновской дифракции на скелетной мышце
ГЛАВА 8. Математическое моделирование кинетики поперечных мостиков
Введение Диссертация по биологии, на тему "Рентгеноструктурное исследование молекулярной механики мышечного сокращения"
Актуальность темы. Выяснение молекулярных механизмов, лежащих в основе сокращения мышц, является одной из основных проблем физики биологической подвижности. Согласно предложенной в середине 50-х годов "мостиковой" теории мышечного сокращения (Н.Е. Huxley, Hanson, 1954; A.F. Huxley, Niedergerke, 1954; A.F. Huxley, 1957; H.E. Huxley, 1969; A.F. Huxley, Simmons, 1971) в основе этого процесса лежит циклическое взаимодействие миозиновых головок или "поперечных мостиков", выступающих из толстых нитей, с мономерами актина, составляющими основу строения тонких нитей. Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в последние годы, в частности, определение трехмерной структуры актина, миозиновых головок и актин-миозинового комплекса (Holmes и др., 1990; Rayment и др., 1993а, б; Houdusse и др., 1999, 2000), многие важные детали механизма работы поперечных мостиков остаются неизвестными. По-прежнему неясно, с какими конформационными изменениями в актин-миозиновом комплексе связано развитие активного усилия или укорочения мышечных клеток и как химическая энергия гидролиза АТФ преобразуется в механическую работу. Даже фундаментальные вопросы о том, какая доля миозиновых мостиков участвует в поддержании активного усилия в каждый момент времени и на какое расстояние миозиновый мостик может переместить актиновую нить в результате гидролиза одной молекулы АТФ, являются предметом дискуссий (Linari и др., 1998; Yanagida и др., 1985; Finer и др., 1994; Molloy и др., 1995; Simmons и др., 1996; Ishijima и др., 1998; A. F. Huxley, 2000).
Основная трудность в выяснении молекулярного механизма мышечного сокращения состоит, по-видимому, в том, что главная, механическая функция актин-миозинового мотора может быть реализована лишь при сохранении надмолекулярной структуры мышцы, а исследование изолированных сократительных белков даже с использованием всего арсенала средств современной биохимии и молекулярной биологии способно дать лишь ограниченную информацию о характере их работы. С другой стороны, изучение конформационных изменений актин-миозинового комплекса в структурированных системах, способных совершать механическую работу, сопряжено с большими трудностями.
В свете сказанного, исследование взаимосвязи между макроскопическими механическими процессами и структурными изменениями в актин-миозиновом комплексе в демембранизованных мышечных волокнах, где состав среды, окружающей сократительные белки, полностью контролируется, а механическая функция сохранена, представляется актуальным. Использование клеток с проницаемой мембраной позволяет применить такие современные методы нестационарной кинетики, как импульсный фотолиз веществ и скачок температуры для синхронизации процессов, происходящих в отдельных миозиновых молекулах. Малоугловая дифракция рентгеновских лучей представляет собой наиболее старый (Н.Е. Huxley, 1996), однако весьма эффективный метод исследования структурных изменений в мышце на молекулярном уровне. Благодаря использованию мощных синхротронных источников рентгеновского излучения и быстродействующих электронных детекторов, впервые начатому в нашей стране (Вазина и др., 1979), в настоящее время изменения интенсивностей самых ярких рефлексов от одиночной клетки лягушки можно измерить с субмиллисекундным временным разрешением (Irving и др., 1992; Dobbie и др., 1998). Прогресс, достигнутый в технике рентгеновской дифракции высокого временного разрешения, делает актуальным ее применение для изучения движения поперечных мостиков в одиночных мышечных волокнах с проницаемой мембраной.
Из-за отсутствия информации о фазах рентгеновских рефлексов непосредственное определение распределения электронной плотности, т.е. расположения миозиновых молекул в зоне перекрытия нитей актина и миозина затруднительно. Существенную помощь в интерпретации рентгенограмм сокращающейся мышцы может дать прямое моделирование, которое было успешно применено для определения расположения миозиновых головок в расслабленных мышцах (Малинчик, Леднев, 1986, 1987, 1992; Hudson, и др., 1997; Malinchik и др., 1997). Представляется естественным провести прямые расчеты для моделирования поведения поперечных мостиков в активно сокращающихся мышцах и в ригоре, где присоединенные к актину поперечные мостики образуют сложную пространственную структуру. Актуальность такой работы увеличивается из-за того, что при таком моделировании могут быть использованы доступные в настоящее время атомные структуры актина и миозиновых головок (Holmes и др., 1990; Rayment и др., 1993а, б; Houdusse и др., 1999, 2000).
Чтобы объединить в общую схему многочисленные данные о кинетике механических, химических и структурных процессов в цикле работы поперечных мостиков, нужны количественные математические модели, описывающие эти процессы и объясняющие результаты известных в настоящее время экспериментов. В частности, такие модели должны учитывать податливость актиновых и миозиновых нитей, недавно обнаруженную экспериментально (Н. Е. Huxley и др., 1994; Wakabayashi и др., 1994; Higuchi и др., 1995; Linari и др., 1998), и не рассматривавшуюся в классических работах (A. F. Huxley, 1957; A. F. Huxley, Simmons, 1971). Наличие такой податливости заметно усложняет решение соответствующих математических задач и заставляет пересмотреть интерпретацию многих классических экспериментальных данных. Разработка и анализ таких моделей также актуальны.
Цель и задачи исследования. Целью исследования было изучение взаимосвязи между генерацией силы в волокнах скелетных мышц и структурными изменениями в поперечных мостиках, лежащими в основе этого процесса. При этом были поставлены следующие задачи.
1. Разработать экспериментальную модель демембранизованных клеток скелетных мышц лягушки со стабилизированной структурой саркомеров для рентгеноструктурных исследований в различных физиологических и биохимических состояниях.
2. Изучить динамические изменения дифракционных рентгенограмм одиночных мышечных волокон, возникающие в ответ на ступенчатые изменения механических, термодинамических и биохимических параметров, а также их связь с механическим напряжением, развиваемым волокном.
3. Построить и исследовать математические модели, описывающие структурные, механические и биохимические процессы, лежащие в основе генерации силы в мышце, в частности, модели, позволяющие количественно интерпретировать изменения дифракционных рентгенограмм мышц.
Научная новизна. Разработана новая экспериментальная модель для исследования структурных изменений в одиночных клетках скелетной мышцы лягушки с проницаемой мембраной методом рентгеновской дифракции высокого временного разрешения.
Впервые проведено количественное сопоставление интенсивностей наиболее ярких экваториальных и меридиональных рентгеновских рефлексов в состояниях ригора, расслабления и полной активации на одиночных мышечных клетках.
В результате исследования изменений рентгенодифракционной картины от активированных волокон мышцы лягушки в ответ на скачок температуры впервые доказано, что генерация силы в мышце связана со структурным переходом миозиновых поперечных мостиков, нестереоспецифически связанных с актином, в состояние сильного стереоспецифического связывания.
Впервые показано, что развитие активного сокращения в одиночных мышечных волокнах в ответ на импульсное выделение АТФ в клетке в присутствии ионов Са2+ сопровождается синхронным ростом миозинового рефлекса МЗ, связанного с периодическим расположением поперечных мостиков вдоль миозиновых нитей.
Впервые получено точное выражение для интенсивности рентгеновской дифракции на спирали, частично декорированной присоединенными молекулами, и показано, что эта интенсивность всегда больше, чем предсказываемая квадратичным законом, используемым для количественной интерпретации рентгенограмм мышц.
Впервые проведено прямое моделирование рентгенограмм мышц в состояниях ригора и активации с использованием атомных структур актина и миозиновых головок и получено количественное соответствие распределений интенсивностей вдоль актиновых и миозиновых слоевых линий в эксперименте и модели.
Впервые исследовано влияние растяжимости белковых нитей в саркомерах на реакции мышечной клетки на скачки температуры и концентрации АТФ и показано, что она может быть причиной различия кинетики механических и структурных процессов.
Практическая ценность. Работа посвящена выяснению фундаментальных основ функционирования актин-миозинового мотора, представляющего собой универсальный механизм биологической подвижности и, в силу этого, не имеет в настоящее время прямого выхода в практику. Однако развитые в работе методы и подходы могут быть применены в прикладных исследованиях особенностей сокращения тех или иных поперечно-полосатых мышц. К ним относятся: метод стабилизации структуры одиночных клеток с проницаемой мембраной, метод скачка температуры в одиночных клетках, позволяющий исследовать механическое поведение мышечных клеток с проницаемой мембраной при физиологической температуре, метод получения рентгенограмм одиночных клеток в отсутствии рассеяния окружающим раствором. Наконец, развитые в работе модели могут быть использованы для анализа особенностей работы актин-миозинового мотора в клетках различных типов в норме и при патологии.
Публикации. Результаты диссертации изложены в 36 публикациях в научных журналах и сборниках, а также в тезисах докладов различных конференций и научных отчетах.
Апробация работы. Результаты работы обсуждены на Международной конференции по биомеханике (Рига, 1986), на Европейских конференциях по мышцам и клеточной подвижности (Амстердам, 1989; Брюссель, 1990; Флоренция, 1995; Шневердинген, 1997; Йорк, 1999; Павия, 2001), на Международной конференции по энергетике мышц (Сиена, 1992), на Конференции по биофизике мышц и биологической подвижности (Альбах, 1998, 2001), На Международной конференции по новым методам исследования мышц (Пущино, 1998, 2001), на Съездах по теоретической и прикладной механике (Ташкент, 1986; Москва 1991; Пермь, 2001), по физиологии (Казань, 2001) и по биофизике (Москва, 1999), на Всесоюзных симпозиумах "Биофизика и биохимия биологической подвижности" (Пущино, 1987; Тбилиси, 1990), на секции биологической подвижности Научного совета по проблемам биофизики АН СССР (Ереван, 1988), на Всесоюзной конференции по биохимии мышц (Тбилиси, 1989), на собраниях Физиологического общества Великобритании (Эдинбург, 1989; Бирмингем, 1994), на собрании
Национального комитета СССР по теоретической и прикладной механике (Москва, 1986), на Всесоюзных школах по биологической подвижности (Лосево, 1985; 1989) и по физиологии и биофизике миокарда (Свердловск, 1990), на Семинарах "Биомеханика" (Москва, 1984, 1990, 1998; Ленинград, 1987; Ст. Петербург, 1991, 1999).
Автор считает своим приятным долгом поблагодарить своего учителя, академика РАН С.С. Григоряна за постоянную помощь и поддержку на протяжении тридцати лет ученичества и совместной работы. Автор хотел бы поклониться светлой памяти безвременно скончавшегося профессора В.Я. Изакова, двадцать пять лет назад привлекшего его внимание к биофизике мышц и во многом инициировавшего разработку метода скачка температуры. Реализация этого метода, создание экспериментальных установок и все эксперименты, которые автор проводил на протяжении последних 20 лет, в том числе представленные в данной работе, были выполнены совместно с С.Ю. Бершицким, которому автор глубоко благодарен за сотрудничество. В экспериментах также участвовали Г.И. Машанов, О.Н. Бершицкая, Н.А. Кубасова, М.А. Ферензи (М.А. Ferenczi), П. Браун (P. Brown) и Р. Берне (R. Bums), а в проведении моделирования и численных расчетов - Н.А. Кубасова и Д.А. Шестаков. Им и А.Л. Драчеву, предоставившему автору лицензированную копию программы GIM, автор выражает искреннюю признательность.
Использование источника синхротронного рентгеновского излучения в Дасбюри (Великобритания) стало возможным, благодаря грантам ИНТАС (INTAS) и поддержке Медицинского Исследовательского Совета (MRC) Великобритании и Лаборатории Дасбюри. Исследования, вошедшие в работу, были также поддержаны грантами РФФИ, ИНТАС, Международного научного фондом (ISF), ISF и Правительства России, а также Медицинского Института Говарда Хьюза (HHMI, США).
ВВЕДЕНИЕ
Строение скелетной мышцы. В основе сокращения всех типов мышц и подвижности немышечных клеток лежит взаимодействие двух белков - актина и миозина. Актин -весьма консервативный белок с молекулярной массой «42 кД. В присутствии АТФ глобулярный актин (G-актин) полимеризуется с образованием нитей F-актина длина которых может достигать 20 мкм. Актиновая нить представляют собой левую спираль (~6 оборотов на 13 субъединиц) с осевым шагом между мономерами «2,75 нм (Holmes и др., 1990). Моторный белок миозин обладает большим разнообразием. В настоящее время описано более 15 видов миозинов и определены аминокислотные последовательности более чем 100 представителей этого супер-семейства белков (Соре и др., 1996). Все миозины содержат одну или две тяжелых полипептидных цепи и несколько легких цепей. На N-конце каждой тяжелой цепи находится глобулярная головка миозина или субфрагмент-1 (С-1), которая способна связываться с актином и гидролизовать АТФ. В результате гидролиза АТФ выделяется свободная химическая энергия, которая в ходе актин-миозинового взаимодействия превращается в механическую работу (Энгельгардт, Любимова, 1939). Миозиновая головка переходит в «шею» - длинный а-спиральный участок тяжелой цепи, с которым ассоциированы легкие цепи. Их количество в миозинах разного типа варьирует в широких пределах. Мышечный миозин или миозин-П содержит две тяжелые и четыре легких цепи. С-концы каждой из тяжелых цепей соединены в супер-а-спиральный «хвост» или субфрагмент-2 (С-2), переходящий в длинный стволовой и также супер-а-спиральный участок молекулы, называемый легким меромиозином (J1MM). При физиологической ионной силе окружающего раствора (до 250 мМ) стволовые участки молекул миозина агрегируют и образуют миозиновые нити. В скелетных мышцах эти нити обладают спиральной симметрией и представляют собой трехзаходную правую спираль с периодом около 43 нм и осевым расстоянием между ярусами выступающих миозиновых головок -14,3 нм. На один период миозиновой спирали приходится 9 молекул миозина или 18 миозиновых головок. Длинные суперспирализованные части молекул миозина (ЛММ) образуют ствол толстой миозиновой нити диаметром около 15 нм. Схема строения скелетной мышцы, ее клетки или волокна и основной структурной единицы -саркомера показана на рис. 1.
II<■ .
ЩвЩ пучок волокон я* iii волокно 'саркомер миофибрилла мышца .
I. v»»i
МЙ0-толстые нити \
• • •
• • • • • • • •
• . • • ч—. тонкие нити
Рис. 1. Схема строения скелетной мышцы.
Континуальные и кинетические модели механики мышечного сокращения.
Описание механических и термодинамических свойств сокращающейся мышцы в терминах макроскопических моделей сплошной среды берет начало с классических работ (Gasser, Hill, 1924; Hill 1938). В подавляющем большинстве случаев механические эксперименты со скелетными мышцами ограничиваются случаем одноосного напряженно-деформированного состояния целых мышц или отдельных волокон и поэтому a priori не ясно, насколько модели, основанные на таких экспериментах, способны описать произвольное напряженно-деформированное состояние мышцы. В экспериментах с одновременным одноосным нагружением и кручением образцов скелетной мышцы было показано, что активные напряжения, обусловленные механо-химическим преобразованием энергии, действительно, существенно одномерны и поэтому могут быть полностью определены в одномерных экспериментах (Бершицкий, Цатурян, 1981). Обзор работ, посвященных моделированию механики и термодинамики мышц в терминах феноменологических континуальных моделей, и описание некоторых результатов такого моделирования можно найти в работах (Регирер, Цатурян, 1990; Tsaturyan, 1990; Усик, 1986).
Вскоре после появления в 1954 году теории скользящих нитей один из ее авторов разработал кинетическую модель мышечного сокращения, в которой механические и термодинамические свойства мышцы описываются в терминах кинетики образования и распада актин-миозиновых поперечных мостиков (A.F.Huxley, 1957). Эта модель и ее элегантное упрощение, предложенное В.И. Дещеревским (1977), позволили описать поведение мышцы в ходе стационарного изометрического или изотонического сокращения и в некоторых нестационарных процессах. В последующие годы модели этого типа получили дальнейшее развитие в работах A.F. Huxley и Simmons (1971), Eisenberg и др. (1980), Ргорр (1986), А.Е. Букатина (1988), Pate и Cooke (1989), Цатурян
1991), Цатурян и Антипов (1991), Tsaturyan (1991), Piazzesi и Lombardi (1995а, б: 1996), Smith и Geeves (1995а, б), Smith (1998). Такие модели учитывают возможность пребывания мостиков в нескольких механически и/или биохимически различных состояниях, а также многостадийную кинетику гидролиза АТФ и описывают не только стационарные, но и нестационарные релаксационные процессы, вызванные различными механическими, биохимическими и термодинамическими воздействиями.
До недавнего времени, следуя результатам экспериментов Ford и др. (1981), авторы кинетических моделей предполагали, что толстые и тонкие нити в саркомерах практически нерастяжимы и поэтому микро деформации поперечных мостиков однозначно связаны с длиной саркомеров и, соответственно, всего мышечного волокна. Однако в недавних рентгеновских (H.E.Huxley и др., 1994; Wakabayashi и др., 1994; Bordas и др., 1999) и механических (Higuchi и др., 1995; Linari и др., 1998) экспериментах на целых мышцах и одиночных мышечных волокнах, а также в прямых опытах на актиновых нитях in vitro (Kojima и др., 1994), было показано, что и актиновые, и миозиновые нити растяжимы и их суммарная податливость примерно равна податливости поперечных мостиков. Из-за этой податливости микродеформация поперечного мостика зависит от его положения в зоне перекрытия нитей, что приводит к необходимости рассмотрения более сложных математических моделей, в которых наряду с кинетикой мостиков учитываются механические свойства нитей и, соответственно, рассматриваются уравнения их механического равновесия. A.F. Huxley и Tideswell (1996, 1997) предложили учитывать податливость нитей, оставаясь в рамках усредненной нульмерной модели. Такой упрощенный подход, по-видимому, не способен правильно учесть все последствия растяжимости нитей и поэтому необходимо рассматривать более сложные и реалистичные модели, сочетающие описание кинетики поперечных мостиков и рассмотрение механических свойств актиновых и миозиновых нитей, т.е. применять методы континуальной механики к микроскопическим, молекулярным объектам (Шестаков, Цатурян, 1998).
Механо-химическое сопряжение в мышце. Этим термином обозначают механизм преобразования свободной энергии реакции гидролиза АТФ в механическую работу в ходе актин-миозинового взаимодействия. При этом происходит сложное взаимодействие головки с актином и с АТФ или продуктами ее гидролиза. В отсутствие актина миозин гидролизует АТФ очень медленно (Bagshaw, Trentham, 1974) из-за образования долгоживущего комплекса М-АДФ-ФН, где М -миозин, а Ф„ - неорганический фосфат. В присутствии актина распад этого комплекса и последующий сброс Фн ускоряются на несколько порядков (Поглазов, Левицкий, 1982). В последние годы методы исследования кинетики АТФ-азной реакции удалось применить к таким структурированным системам, как миофибриллы (Ma, Taylor, 1994) и мышечные волокна (Не и др., 1997). Однако то, каким образом сигнал с актин-связывающего центра на поверхности миозиновой головки передается в ее активный АТФазный центр остается, по-прежнему, неясным. С другой стороны, присутствие в активном центре миозиновой головки АТФ или обоих продуктов ее гидролиза ослабляет сродство головки к актину на несколько порядков. Такое «слабое» связывание с актином зависит от ионной силы окружающего раствора и, по-видимому, является электростатическим (Поглазов, Левицкий, 1982). Как именно присутствие нуклеотида в активном центре миозиновой головки модифицирует актин-связывающие участки на ее поверхности и делает невозможным ее «сильное» стереоспецифическое и, по-видимому, гидрофобное связывание с актином опять-таки неизвестно. Хотя сейчас мы располагаем несколькими атомными структурами головки миозина в комплексе с различными нуклеотидами или их аналогами (Rayment и др., 1993а; Houdusse и др., 1999, 2000), а также реконструкциями актин-миозинового комплекса в отсутствие нуклеотида, полученными из электронных микрофотографий (Rayment и др., 1993а; Schroder и др., 1993; Mendelson, Morris, 1997; Holmes и др., 2002), вопрос о том, как работает актин-миозиновая «молекулярная машина» (Чернавский, Чернавская, 1999), по-прежнему, остается открытым.
Механизм работы актин-миозинового мотора. Около 30 лет назад родоначальники современной теории мышечного сокращения, однофамильцы Эндрю и Хью Хаксли предположили, что развитие силы или относительное перемещение толстых и тонких нитей в саркомерах возникают из-за поворота миозиновых головок, присоединенных к актину (Н. Е. Huxley, 1969; A. F. Huxley, Simmons, 1971). Эти работы задали основное направление исследований на последующие три десятилетия.
Во-первых, необходимо было убедиться, что изолированные головки миозиновых молекул действительно способны обеспечить перемещение актиновых нитей или развитие силы. Положительный ответ на этот вопрос был получен в результате развития метода искусственных подвижных актин-миозиновых систем in vitro. Этот метод состоит в том, что молекулы миозина или их фрагменты, в том числе отдельные головки, т.е. С-1, иммобилизуют на поверхности стекла, а затем добавляют в систему АТФ и флюоресцентно меченый актин, за движением которого наблюдают с помощью флюоресцентного микроскопа (Kron, Spudich, 1986). Оказалось возможным даже измерять силу, возникающую в процессе взаимодействия небольшого числа (Kishino, Yanagida, 1988) или даже одиночной (Finer и др., 1994; Molloy и др., 1995; Simmons и др., 1996) миозиновой головки с актином. Оценки величины перемещения и элементарной силы, производимых в результате элементарного акта взаимодействия С-1 с актином, варьируют в работах различных авторов в широких пределах, 5-12 нм и 2-6 пН, соответственно (Finer и др., 1994; Molloy и др., 1995; Ishijima и др., 1996; 1998). Обзор исследований, выполненных с использованием этого метода, можно найти в работе (Бершицкая, Цатурян, 1995).
Намного труднее оказалось получить экспериментальные доказательства того, что развитие силы или перемещения действительно сопровождается поворотом миозиновой головки относительно актина. Еще более сложным оказался вопрос о том, с какими именно конформационными изменениями связана работа миозинового мотора. Хаксли и Симмонс (A. F. Huxley, Simmons, 1971) высказали предположение о том, что в ходе мышечного сокращения присоединенная к актину головка миозина проходит ряд дискретных состояний, различающихся углом наклона всей головки или ее части к оси тонкой нити. Свободная энергия головки с каждым последующим "шагом" уменьшается, а развиваемая сила - возрастает. В оригинальной работе (A. F. Huxley, Simmons, 1971) было рассмотрено лишь два кинетически различных состояния, хотя из сравнения с экспериментальными данными авторы заключили, что таких состояний должно быть, по крайней мере, три. Дальнейшее развитие модели Хаксли-Симмонса для случая трех состояний было предпринято в работах (Piazzesi и др., 1992; Piazzesi, Lombardi, 1995).
В результате анализа атомных структур комплексов С-1 с различными нуклеотидами Холмс (Holmes, 1997) предложил гипотезу «поворачивающегося рычага». Согласно этой гипотезе элементарное перемещение или сила возникают в результате поворота а-спиральной «шеи» миозиновой головки относительно ее глобулярной части, которая, в свою очередь, остается неподвижной относительно актина. Первая часть этого утверждения, т.е. возможность вращения «шеи» относительно собственно «головы» С-1 в зависимости от присоединенного к ней нуклеотида получила в настоящее время достаточно надежное подтверждение с помощью различных экспериментальных методов (Getz и др., 1998; Suzuki и др., 1998; Houdusse и др., 2000).
Вторая часть гипотезы Холмса, а именно предположение о том, что глобулярная часть С-1 остается неподвижной относительно актина в процессе генерации силы или перемещения, подтверждения не получила. Несмотря на многочисленные усилия, до настоящего времени не удалось надежно зафиксировать наличие структурно различных состояний поперечных мостиков в сокращающейся мышце, по крайней мере, таких состояний, в которых головки миозина были бы стереоспецифически связаны с актином. Более того, рентгеновские (H.E.Huxley и др., 1982; Yagi, 1991) и электронно-микроскопические (Hirose и др., 1993) данные, а также эксперименты со спиновыми и флуоресцентными метками, присоединенными к различным участкам миозиновых головок (Cooke и др., 1984; Ostap и др., 1995; Ling и др., 1996), показывают, что в сокращающейся мышце большинство миозиновых головок не связано с актином стереоспецифически, а наоборот, присоединенные головки имеют различную ориентацию по отношению к оси тонких нитей и обладают значительной угловой подвижностью на микросекундной временной шкале.
Указанное обстоятельство привело к появлению другой группы моделей, которые условно можно назвать моделями «застегивающегося» мостика. Такие модели предполагают, что активное усилие развивается в момент перехода миозиновой головки из состояния слабого и, по-видимому, электростатического связывания с актином, в состояние сильного, стереоспецифического и, скорее всего, гидрофобного связывания
H.E.Huxley, Kress, 1985; Harford, Squire, 1992; Brenner, Yu, 1993). Модель застегивающегося» мостика также не получила прямого экспериментального подтверждения, за исключением того обстоятельства, что существование мостиков, слабо связанных с актином и не развивающих активной силы, было продемонстрировано в условиях, весьма далеких от физиологических, а именно, в отсутствии ионов Са2+ и при низких значениях ионной силы и температуры в волокнах скелетной мышцы кролика
Brenner и др., 1982; Brenner и др., 1984). Разумеется, модели «застегивающегося» мостика также предполагают, что переход мостика в состояние, сильно и стереоспецифически связанное с актином, сопровождается его осевым перемещением, т.е. поворотом относительно точки связывания с актином, необходимым для развития силы или перемещения нитей, однако модель предполагает, что также имеют место и значительные изменения характера актин-миозиновой связи.
Таким образом, ключевой вопрос молекулярной биофизики мышц о том, как присоединенные к актину миозиновые мостики развивают активную силу, до сих пор не получил сколько-нибудь окончательного ответа. Основная цель данной работы состояла в выявлении структурных изменений миозиновых поперечных мостиков, непосредственно связанных с развитием механического напряжения в одиночных демембранизованных мышечных клетках. Для этого были использованы малоугловая рентгеновская дифракция высокого временного разрешения и различные динамические воздействия, влияющие на генерацию силы актин-миозиновым мотором: субмиллисекундные изменения длины мышечной клетки, джоулев скачок температуры и импульсный фотолиз АТФ из ее негидролизуемого аналога. Для анализа и интерпретации экспериментальных данных были развиты структурные и кинетические математические модели.
Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Цатурян, Андрей Кимович
Основные результаты работы можно сформулировать в следующем виде.
1. Разработан метод стабилизации структуры саркомеров в демембранизованных волокнах скелетной мышцы лягушки посредством их мягкой обработки ЭДК. На таких препаратах можно одновременно определять структурные изменения в актин-миозиновых поперечных мостиках методом рентгеновской дифракции высокого временного разрешения и измерять их механические характеристики.
2. Показано, что в состоянии расслабления и во время изометрического сокращения рентгенограммы демембранизованных волокон мышцы лягушки, стабилизированных частичной ковалентной сшивкой ЭДК, близки к рентгенограммам интактных волокон. Впервые получены рентгенограммы одиночных мышечных волокон лягушки в состоянии ригора с высокоупорядоченной структурой саркомеров и проведено количественное сравнение интенсивностей основных рентгеновских рефлексов в состояниях ригора, расслабления и активного сокращения в тех же препаратах.
3. Обнаружено, что изменения интенсивностей меридиональных и экваториальных рентгеновских рефлексов, сопровождающие реакции активно сокращающихся мышечных волокон на ступенчатые изменения их длины и температуры, различны. Это означает, что в основе механических реакций на деформацию и изменения температуры лежат различные процессы в актин-миозиновых поперечных мостиках.
4. Получено прямое экспериментальное доказательство увеличения числа поперечных мостиков, контрастирующих актиновую спираль, при генерации ими силы. Рост напряжения в ответ на скачок температуры сопровождается изменением характера актин-миозинового комплекса - "слабая", нестереоспецифическая связь превращается в "сильную", стереоспецифическую.
5. Установлено, что развитие активного сокращения в ответ на фотолитическое выделение АТФ в мышечном волокне в присутствии ионов Са сопровождается увеличением интенсивности меридионального миозинового рефлекса МЗ, происходящим примерно синхронно с ростом силы. Интенсивности экваториальных рефлексов (1,0), (1,1) и первой актиновой слоевой линии быстро изменяются сразу после связывания АТФ с головками миозина, но остаются постоянными при последующем развитии активного механического напряжения.
6. Сформулировано точное выражение для цилиндрически осредненной интенсивности рентгеновской дифракции на спиралях, частично декорированных присоединенными к ним одинаковыми молекулами. Показано, что вклад функций Бесселя, не удовлетворяющих спиральному правилу отбора, может приводить к существенному отклонению от квадратичного закона интенсивности.
7. Проведено прямое моделирование малоугловой рентгеновской дифракции на скелетной мышце с использованием имеющихся атомных структур актина и миозиновой головки. Предложен принцип минимума упругой энергии для выбора актиновых мономеров, к которым присоединены головки миозина. На основе параметрического анализа модели выявлены характеристики рентгенограмм, которые не зависят от параметров, плохо определяемых из опыта. Получено количественное описание рентгенограмм мышц в состоянии ригора и показано, что модель, в которой часть головок миозина связана с актином нестереопецифически, описывает многие характерные черты рентгеновской дифракции на активно сокращающихся мышцах.
8. Продемонстрировано, что учет растяжимости актиновых и миозиновых нитей в кинетических моделях поперечных мостиков позволяет объяснить наблюдавшееся в наших экспериментах отставание роста механического напряжения от структурных изменений, вызванных мгновенными изменениями температуры и концентрации АТФ в мышечных волокнах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе новых данных, полученных в настоящей работе и опубликованных в литературе, рассмотрим некоторые ключевые вопросы молекулярной теории мышечного сокращения и попытаемся сформулировать перспективы будущих исследований.
Мостиковая теория и искусственные подвижные системы. В настоящее время подавляющее большинство исследователей придерживается "мостиковой" теории мышечного сокращения, согласно которой сила развивается в процессе крупномасштабной перестройки комплекса актин-субфрагметнт-1 миозина. Впрочем имеется незначительное меньшинство ученых, исповедующих иные, порой парадоксальные теории (см., например, Давыдов, 1979; Pollack, 1983; Oplatka, 1996), на которых за недостатком времени и места мы не будем останавливаться. Наиболее убедительным свидетельством в пользу "мостиковой" модели являются эксперименты с искусственными подвижными системами, показавшие, что изолированные фрагменты миозина, в том числе миозиновые головки способны обеспечивать движение нитей актина, непосредственно наблюдаемое с помощью флуоресцентной микроскопией (Кгоп, Spudich, 1986; Uyeda и др., 1991, 1994, 1996), и развивать силу, которую можно измерять с помощью микроигл (Kishino, Yanagida, 1988), оптических щипцов (Finer и др. 1994; Simmons и др., 1996; Molloy и др., 1995) или магнитных микросфер, нагружаемых внешним магнитным полем (Bershitsky и др., 1996). При этом наблюдаемая скорость движения нитей и сила актин-миозинового взаимодействия оказываются близки к тем, которые генерируются поперечными мостиками в сокращающейся мышце, из которой был выделен миозин. Удается даже зарегистрировать сброс одиночных молекул АДФ из активного центра миозиновой головки в процессе ее взаимодействием с актином (Funatsi и др., 1995: Ishijima, 1998). Использование этих методов позволяет исследовать механическую функцию самых различных моторных белков, представляющих более 15 известных в настоящее время типов из большого суперсемейства миозинов (Соре и др., 1996) и представителей другого семейства моторных белков - кинезинов (Svoboda и др., 1993; Svoboda, Block, 1994). Обзор работ, выполненных на искусственных подвижных актин-миозиновых системах, можно найти в работах (Бершицкая, Цатурян, 1995; Howard, 1997). Следует отметить, что в искусственных подвижных системах условия взаимодействия миозиновых мостиков с актином существенно отличаются от тех, которые имеются в скелетной мышце, где миозиновые молекулы выступают из толстых нитей и находятся вблизи одной из шести окружающих ее нитей актина, что обеспечивает определенную «оптимальную» ориентацию миозиновой головки для ее присоединения к актину и последующего развития силы или перемещения нитей. В работе (Цатурян, Якимова, 1995) была рассмотрена модель взаимодействия актиновой нити с миозином, иммобилизованным на плоской поверхности, с учетом броуновского движения переднего конца нити в поисках следующей молекулы миозина. Второе существенное отличие механических условий актин-миозинового взаимодействия в мышце и в искусственных системах in vitro состоит в том, что присоединение актиновых нитей и миозиновых молекул к микроскопическим измерительным устройствам (микросферам или микроиглам) неизбежно сопровождается внесением в систему дополнительной, подчас значительной податливости, влияющей на результаты измерений. Этот вопрос более подробно рассмотрен ниже.
Один ли "шаг" мостика приходится на молекулу АТФ? Источником энергии для совершения мышцей механической работы и для совершения поперечным мостиком элементарного силогенерирующего "шага" служит реакция гидролиза АТФ (Энгельгардт, Любимова, 1939). При этом, согласно канонической точке зрения, каждый элементарный «акт» генерации силы требует гидролиза одной молекулы АТФ (см. например, A.F. Huxley, 1957, 1980; Eisenberg и др., 1980). С другой стороны, некоторые весьма авторитетные исследователи полагают, что гидролиз одной молекулы АТФ может обеспечить возможность совершения поперечным мостиком нескольких элементарных сократительных "шагов", при условии, разумеется, что полная механическая работа не превосходит свободную энергию гидролиза АТФ (Yanagida и др., 1985; Lombardi и др., 1992; Higuchi, Goldman, 1995; Ishijima и др. 1998). В пользу этой точки зрения авторы приводят хотя и косвенные, но весьма элегантные и впечатляющие свидетельства, хотя и не предлагают даже гипотетического ответа на важнейший вопрос о том, каким образом миозиновая головка может «разменять» свободную энергию, выделившуюся в результате гидролиза одной молекулы АТФ, на более мелкие энергетические «монеты», которые можно было бы «тратить» при совершении нескольких последовательных силогенерирующих «шагов». Для того, чтобы такой «размен» был возможным, у миозиновой головки или актин-миозинового комплекса должно быть более двух стабильных состояний с различной свободной энергией. Хотя имеются весьма убедительные данные о том, что головка может находиться в двух различных состояния, нет никаких оснований предполагать, что число таких состояний больше двух.
Поворачивается или «застегивается» мостик? Во введении к данной работе мы выделили две группы рабочих моделей, описывающих элементарный сократительный акт в рамках «мостиковой» теории мышечного сокращения. Во введении мы назвали их моделями «поворачивающегося» и «застегивающегося» мостика, соответственно. В первом случае миозиновая головка, стереоспецифически связанная с актином, меняет свою конформацию, проходя через ряд дискретных состояний, так, что ее дистальный (по отношению к актину) конец смещается к Z-диску. Наиболее вероятным механизмом такого конформационного изменения представляется поворот а-спиральной «шеи» миозиновой головки относительно ее каталитического домена (Holmes, 1997, 1998;
Suzuki др., 1998), происходящим в результате изменений в активном центре, передающимся затем через «реле» и «конверторный» домен головки к ее «шее» (Houdusse и др., 1999). В зависимости от условий закрепления нитей это приводит к развитию силы и/или относительному смещению нитей актина и миозина. Во втором случае, миозиновая головка вначале присоединяется к актину нестереоспецифически, т.е. обладает азимутальной и/или осевой подвижностью относительно точки актин-миозинового контакта, а затем «застегивается», приобретая новую конформацию и оказываясь стереоспецифически связанной с актином. Такое «застегивание» также сопровождается смещением шарнира, соединяющего субфрагменты 1 и 2 миозиновой молекулы к Z-диску саркомера и, соответственно, к развитию силы или относительному смещению нитей актина и миозина.
Результаты экспериментов, представленных в главе 4, представляют свидетельства в пользу того, что генерация силы в мышце сопровождается переходом миозиновых мостиков из нестереоспецифически связанных с актином в состояние стереоспецифического связывания. На это указывают и интенсификация первой актиновой слоевой линии, и смещение пика интенсивности шестой актиновой слоевой линии к меридиану в ходе роста механического напряжения после скачка температуры. С другой стороны, почти двукратный рост напряжения с температурой не сопровождался в волокнах мышцы лягушки сколько-нибудь значительными изменениями динамической жесткости (Bershitsky, Tsaturyan, 1990; 1999), а увеличение интенсивности экваториального рефлекса (1,1) составляло лишь 7% (рис. 4.1). Эти данные показывают, что и число миозиновых головок, присоединенных к актину, и мгновенная жесткость актин-миозиновой связи почти не меняются при увеличении силы с температурой. Чтобы увязать эти данные в непротиворечивую схему необходимо предположить, что мгновенная жесткость актин-миозиновой связи не зависит от того, связана ли миозиновая головка с актином стереосиецифически или нет. Это, в свою очередь, означает, что и вращение миозиновой головки относительно точки ее неспецифического взаимодействия с актином задемпфировано, и поэтому упругий ответ на субмиллисекундное растяжение оказывается таким же, как и для стереосиецифически связанной головки. Разумеется, наш вывод о том, что в процессе генерации миозиновой головкой силы характер ее связи с актином меняется и происходит «застегивание» миозиновой головки на актине ни в коем случае не отвергает основной постулат теории «поворачивающегося» мостика. Наиболее вероятным представляется, что в процессе генерации силы имеют место и изменения формы миозиновой головки, и превращение электростатической связи в стереоспецифическую. Тот факт, что присоединенные к С1 нуклеотиды способны глобально изменить его доменную структуру, в том числе заметно сдвинуть температуру плавления отдельных доменов (Levitsky и др., 1992, 1996), в настоящее время надежно установлен (Houdusse и др., 2000). Эти изменения структуры С1 при связывании нуклеотидов в его активном центре хорошо коррелируют с изменением сродства миозиновых головок к актину, т.е. с теми изменениями характера актин-миозиновой связи, которые постулируются моделями «застегивающегося» мостика. После знакомства с результатами рентгеновских экспериментов со скачком температуры, описанными в выше главе 4, автор мостиковой теории мышечного сокращения, сэр Э.Ф. Хаксли (A.F. Huxley, 2000а, 20006) предложил комбинированную модель, в которой характер актин-миозиновой связи и угол между каталитическим доменом миозиновой головки и ее «шеей», т.е. доменом, связывающим легкие цепи, могут меняться независимо друг от друга. При этом изменения температуры существенно сдвигают равновесие между различными типами актин-миозиновой связи, но слабо влияют на структурную перестройку самой головки. Эта перестройка, однако, в значительной степени определяется упругой энергией мостика, как постулировалось ранее теорией Хаксли-Симмонса (A.F. Huxley, Simmons, 1971). Такая комбинированная модель согласуется с данными прямых наблюдений, показавших, что при взаимодействии с актином миозин-I совершает два последовательных «шага» (Veigel и др., 1999). По-видимому, модель также способна качественно объяснить различие между механическими и структурными ответами на ступенчатые изменения длины и температуры. Однако в настоящее время неясно, имеются ли экспериментальные данные, хотя бы косвенно подтверждающие основное предположение о независимом характере конформационных изменений двух типов, а также то, насколько эта модель позволит получить количественное объяснение наблюдаемых явлений. В последнее время появились экспериментальные данные о том, что в активно сокращающейся мышце каталитический домен присоединенных миозиновых головок может изменять свою ориентацию по отношению к актину (Taylor и др., 1999; М.С. Reedy, 2000).
Сколько головок создают активное усилие и каков рабочий «шаг» мостика? После появления методов регистрации сил и перемещений отдельных молекул моторных белков (Finer и др., 1994; Simmons и др., 1996; Svoboda и др., 1993; Svoboda, Block, 1994; Saito и др., 1994; Molloy и др., 1995) было предпринято несколько попыток измерить механические параметры элементарного рабочего "шага" миозиновой головки после ее присоединения к актину. Величина элементарной силы актин-миозинового взаимодействия составляет по данным разных авторов от 2-3 пН до 5-6 пН, а элементарное перемещение в отсутствие силы сопротивления от 4-6 нм до 10-15 нм. Результаты измерений сил и перемещений с использованием метода оптических щипцов (Simmons и др., 1996) зависят от ряда факторов, таких как броуновское движение шариков, удерживаемых оптическими щипцами (Molloy и др., 1995), податливость связи между шариками и актиновой нитью, ориентации миозиновых молекул по отношению к нити актина (Ishijima и др. 1998; A.F.Huxley, 1997). Все эти параметры с трудом поддаются экспериментальному контролю в искусственных подвижных системах. Поэтому результаты таких измерений, конечно же, нельзя считать окончательными для количественной оценки механических параметров миозинового мотора. Поэтому, несмотря на поразительные достижения современных методов регистрации движения отдельных молекул, измерения, выполненные на мышечных волокнах, сохраняют свою актуальность. Средняя сила изометрического сокращения, приходящаяся на одну миозиновую голову в волокнах мышцы лягушки при 0-2°С, составляет 1,5-2 пН (Huxley, Simmons, 1971). С увеличением температуры до максимальных для мышц лягушки физиологических значений эта величина возрастает примерно вдвое, т.е. до 3-4 пН. Оценка реальной силы, развиваемой одной миозиновой головкой, зависит от относительного числа головок, принимающих участие в поддержании активного изометрического напряжения в каждый момент времени. По данным различных авторов число миозиновых головок, присоединенных к актину в сокращающейся мышце, составляет от 43% до 80% (Linari и др., 1998; Haselgrove, Huxley, 1973). Таким образом, сила, приходящаяся на одну присоединенную головку, составляет от 4 пН до 8 пН. По нашим данным лишь 20-25% миозиновых головок стереоспецифически связаны с актином в изометрически сокращающейся мышце лягушки при ~5°С, и их число возрастает до -50%, когда температура возрастает до ~30°С (глава 4). Если принять гипотезу о том, что лишь головки миозина, стереоспецифически связанные с актином, принимают участие в развитии активного напряжения, это означает, что каждая из таких силогенерирующих головок развивает в среднем силу в 6-8 пН. Эта величина превышает максимальные оценки силы одиночных актин-миозиновых взаимодействий. Различие, по-видимому, обусловлено влиянием трудно учитываемой дополнительной податливости на результаты опытов in vitro.
В обзоре Ховарда (Howard, 1997), посвященном сравнению свойств актин-миозинового и кинезин-тубулинового молекулярных моторов, было высказано предположение о том, что в сокращающейся мышце число миозиновых головок, принимающих участие в развитии активного усилия, составляет не более 10%, а остальные головки либо присоединены к актину слабо и неспецифически, либо вовсе отсоединены. Похожую точку зрения высказывали и авторы работ (Irving и др., 1995; Hopkins и др., 1998), чтобы объяснить малые изменения ориентации флюоресцентных меток, присоединенных к легким цепям миозиновых головок, в ответ на изменения длины клетки. Ясно, что такое предположение противоречит результатам механических и рентгеноструктурных экспериментов (Goldman, Simmons, 1977; Linari и др., 1998; Haselgrove, Huxley, 1973), показавших, что измерения динамической жесткости волокон и интенсивности экваториальных рефлексов в изометрически сокращающейся мышцы по сравнению с ригором хорошо согласуются с предположением о том, что в ходе сокращения к актину присоединено по крайней мере 50% миозиновых головок (A.F. Huxley, 1998). Чтобы объяснить это противоречие, Ховард (Howard, 1997) предположил, что жесткость мышечных волокон в состоянии ригора обусловлена вкладом лишь небольшой части присоединенных к актину головок миозина, а также указал, что количественная интерпретация интенсивностей экваториальных рефлексов зависит от принятой модели и в значительной степени определяется нарушениями гексагональной решетки в саркомерах. Данные наших экспериментов (гл. 2, 4, 5), а также опубликованные в литературе данные (Bordas и др., 1991, 1993; Martin-Fernandez и др., 1994; Yagi, 1991; Yagi и др. 1992, 1998; Tregear и др. 1998) позволяют получить оценку числа миозиновых головок, стереоспецифически присоединенных к актину в ходе изометрического сокращения, по относительной интенсивности первой актиновой слоевой линии. Судя по этим измерениям, в мышце лягушки, сокращающейся при температуре 0-5°С, ~20-25% миозиновых головок встроены в актиновую спираль и, следовательно, стереоспецифически связаны с актином. При увеличении температуры до верхнего предела ее физиологических значений число таких головок возрастает примерно пропорционально развиваемой силе и достигает 50%. Такая оценка не зависит от нарушений кристалличности решетки, т.к. эти нарушения приводят лишь к радиальному перераспределению интенсивностей вдоль слоевых линий, не меняя их полной яркости (главы 6 и 7). Как показали наши модельные расчеты (глава 7), эта оценка не зависит и от возможных изменений формы миозиновой головки, в частности, от поворота а-спиральной «шеи» миозиновой головки и легких цепей относительно каталитического домена, который предполагается моделью «поворачивающегося» мостика (Holmes, 1997).
Библиография Диссертация по биологии, доктора физико-математических наук, Цатурян, Андрей Кимович, Москва
1. Бейтмен Г., Эрдейи А.И. Высшие трансцендентные функции. Т. 2. Функции Бесселя. М.: Наука, 1966. 295 с.
2. Бершицкая О. Н., Цатурян А. К. Актин-миозин искусственные подвижные системы in vitro И Биофизика, 1995, Т. 40. С. 578-588.
3. Бершицкий С. Ю., Цатурян А. К. О характере анизотропии мышечной ткани П ДАН СССР, 1981, Т. 259. С. 53-56.
4. Бершицкий С. Ю., Цатурян А. К. Действие субмиллисекундного скачка температуры на механическое напряжение демембранизированных волокон скелетной мышцы лягушки в состоянии ригора // Биофизика, 1985, Т. 30. С. 868-872.
5. Бершицкий С. Ю., Цатурян А. К. Термоупругие свойства поперечных мостиков в демембранизированных волокнах скелетной мышцы лягушки в состоянии ригора // Биофизика, 1986, Т. 31. С. 532-533.
6. Бершицкий С. Ю., Цатурян А. К. Реакция напряжения демембранизованных волокон скелетной мышцы лягушки на субмиллисекундный скачок температуры // В с6.: Докл. Межд. конф. "Достижения биомеханики в медицине и хирургии", Рига, 1986, Т. 1. С. 74-79.
7. Бершицкий С.Ю., Цатурян А.К. Двухфазное изменение изометрического напряжения при скачке температуры в демембранизованных Са-активированных волокнах скелетной мышцы лягушки // Биофизика, 1988, Т. 33. С. 147-149.
8. Букатина А.Е. Ферментативные преобразователи энергии. М.: Наука, 1988, 192 с.
9. Вазина А. А., Железная Л. А., Матюшин А. М. И др. Рентгенографическое исследование динамики одиночного мышечного сокращения с высоким временным разрешением // Биофизика. 1979. Т. 24. С. 495-500.
10. Вайнштейн Б. К. Дифракция рентгеновских лучей на цепных молекулах. М. Изд. АН СССР. 1963, 367 с.
11. Давыдов А. С. Биология и квантовая механика. Киев. Наукова думка, 1979, 296 с.
12. Дещеревский В.И. Математические модели мышечного сокращения. М.: Наука. 1977. 160 с.
13. Левицкий Д. И., Бобков А. А. Голицина Н. Л., Николаева О. П., Павлов Д. А., Поглазов Б. Ф. Калориметрическое исследование стабильности комплексов субфрагмента 1 миозина с аналогами аденозиндифосфата и фосфата // Биофизика. 1996. Т.41.64-72.
14. Леднев В. В. Конформеры миозина и их возможная роль в функционировании сократительного аппарата мышц // В кн.: Механизмы контроля мышечной деятельности. 1985. Л. Наука. С. 101-127.
15. Малинчик С. Ю, Леднев В. В. Интерпретация картины меридиональной рентгеновской дифракции от скелетной мышцы лягушки в состоянии покоя // ДАН СССР. 1986. Т. 289. С. 1258-1262.
16. Малинник С. Ю, Леднев В. В. Интерпретация рентгеновской дифракционной картины от скелетной мышцы в состоянии покоя: трехмерная модель миозиновой нити И ДАН СССР. 1987, Т. 293. С. 238-242.
17. Поглазов Б.Ф., Левицкий Д.И. Миозин и биологическая подвижность И М.: Наука, 1982. 161 с.
18. Регирер С. А., Цатурян А. К. Континуальные модели мышц и их приложения // Современные проблемы биомеханики. Вып. 1, 1983, С. 17-34.
19. Усик П. И. Одномерные задачи механики мышц // Современные проблемы биомеханики. Вып. 3, 1986, С. 2-52.
20. Цатурян А. К. Кинетическая модель мышцы с шестистадийным циклом поперечных мостиков // Биофизика, 1991, Т. 36. С. 660-667.
21. Цатурян А. К. Молекулярная механика мышц // Современные проблемы биомеханики. Вып. 7, 1992, С. 63-80.
22. Цатурян А. К., Антипов Д. М. Кинетическая модель мышцы: моделирование стационарных сокращений II Биофизика, 1991, Т. 36, С. 668-675.
23. Цатурян А. К., Бершицкий С. Ю. Реакция напряжения в демембранизованных Са-активированных волокнах скелетной мышцы лягушки на скачок температуры после ступенчатого изменения длины // Биофизика, 1988, Т. 33. С. 505-507.
24. Цатурян А. К., Якимова Ю. Г. Оценка числа миозиновых головок, взаимодействующих с актиновой нитью в искусственной подвижной системе // Биофизика, 1995, Т. 40. С. 589-594.
25. Чернавский Д. С., Чернавская Н. М. Белок-машина. Биологические молекулярные конструкции. М.: Изд-во МГУ. 1999.
26. Шестаков Д. А., Цатурян А. К. Математическая модель механических свойств скелетной мышцы с учетом растяжимости актиновых нитей // Биофизика, 1998, Т. 43. С. 329-334.
27. Энгельгардт В. А., Любимова М. Н. Аденозинтрифосфотаза и миозин мышц // Биохимия. 1939. Т. 4. С. 716-736.
28. Al-Kayat Н. A., Yagi N., Squire J.M. Structural changes in actin-tropomyosin during muscle regulation: Computer modelling of low-angle diffraction data И J. Mol. Biol. 1995. V. 252. P. 611-632.
29. Amemiya Y., K. Wakabayashi H. Tanaka Y. Ueno J. Miyahara. Laser-stimulated luminescence used to measure x-ray diffraction of a contracting striated muscle // Science 1987. V. 237. P. 164-168.
30. Bagshaw C. R. , Trentham D. R. The characterization of myosin-product complexes and of product-release steps during the magnesium ion-dependent adenosine triphosphatase reaction // Biochem. J. 1974. V. 141. P. 331-349.
31. Barabas K., Keszthelyi L. Temperature dependence of ATP release from 'caged' ATP /7 Acta Biochimica et Biophysica Academica Sciences Hungarica, 1984, V. 19, P. 305-309.
32. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K. Effect of Joule temperature jump on tension and stiffness of permeabilised muscle fibers // Biophys. J. 1989. Y. 56. P. 809-816.
33. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K. Joule temperature jump in skeletal muscle fibres // J. Muscle Res. Cell Motil, 1990, V. 12, P. 72.
34. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K. Effect of Ca2+ on tension response to the Joule temperature jump in skinned muscle fibres from the frog // J.Physiol., 1990, V. 420, P. 115P.
35. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K. Myosin cross-bridges: two heads or a pair of legs? // J. Muscle Res. Cell Motil, 1992, V. 14, P. 78.
36. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K. Tension responses to Joule temperature jump in skinned rabbit muscle fibres II J. Physiol. 1992. V. 447. P. 425-448.
37. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K. Force generation and work production by covalently cross-linked actin-myosin cross-bridges in rabbit muscle fibers // Biophys. J. 1995, V. 69. P. 1011-1021.
38. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K. Slight EDC cross-linking stabilises sarcomere structure and preserves mechanical properties of permeabilised frog muscle fibres II J. Physiol. 1995. V. 483. P. 76P-77P.
39. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K. Comparison of tension transients induced by fast changes in length and temperature in rabbit muscle fibres // J. Muscle Res. Cell Motil. 1999. V. 20, P. 819-820.
40. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K., Bershitskaya O. N., Blange T. Van Kaam F. Electromagnetic device for loading molecular motors II J. Muscle Res. Cell Motility, 1996, V.17, P. 156.
41. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K., Bershitskaya O. N., Mashanov G. I., Brown P., Burns R. Ferenczi M. A. Muscle force is generated by myosin heads stereospecifically attached to actin //Nature. 1997. V. 388. P. 186-190.
42. Bershitsky S. Y., Tsaturyan A. K., Burns R., Ferenczi M. A. Structural changes in permeabilised frog muscle fibres following flash photolysis of DMB-caged ATP and DMB-caged ADP // J. Muscle Res. Cell Motil 1998. V. 19. P. 281.
43. Bordas J., Diakun G. P., Harries J. E., Lewis R. A., Martin-Fernandez M. L., Towns-Andrews E. Two-dimensional X-ray diffraction of muscle: recent results // Adv. Biophys. 1991 V. 27. P. 15-33.
44. Bordas J., Svensson A., Rothery M., Lowy J., Diakun G.P., Boesecke P. Extensibility and symmetry of actin filaments in contracting muscles II Biophys. J. 1999. V. 77. P. 3197-3207.
45. Brenner В., Xu S., Chalovich J.M., Yu L.C. Radial equilibrium length of actomyosin cross-bridges in muscle. Biophys. J. 1996. V. 71. P. 2751-2758.
46. Brenner В., Ferenczi M. A., Irving M., Simmons R. M., Towns-Andrews E. Myosin cross-bridge movement observed by time-resolved X-ray diffraction in a single permeabilized fiber isolated from frog muscle II J. Physiol. 1989. V. 415. P. 113P.
47. Brenner В., Schoenberg M., Chalovich J. M., Green L. E., Eisenberg E. Evidence for cross-bridge attachment in relaxed muscle at low ionic strength II Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1982. V. 79. P. 7288-7291.
48. Brenner В., Yu L. C. Structural changes in the actomyosin cross-bridges associated with force generation // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993. V. 90. P. 5252-5256.
49. Brenner В., Yu L. C., Podolsky R. J. X-ray diffraction evidence for cross-bridge formation in relaxed muscle fibers at various ionic strengths // Biophys. J. 1984. Y. 46. P. 299-306.
50. Cochran W., Krick F. H. C., Vand V. The structure of synthetic polypeptides. I. The transform of of atoms on a helix П Acta Cryst. 1952. V. 5. P. 581-586.
51. Cooke R. Stress does not alter the conformation of a domain of the myosin cross-bridge in rigor muscle fibres // Nature. 1981. Y. 294. P. 570-571.
52. Cooke R, Pate E. The effects of ADP and phosphate on the contraction of muscle fibers // Biophys. J. 1985. V. 48. P. 789-797.
53. Cooke, R., Crowder M. S., Wendt С. H., Barnett V. A., Thomas D. D. Muscle cross-ridges: do they rotate? // In: Contractile Mechanisms in Muscle. Plenum Press, New York, London. 1984. P.413-423.
54. Cope M., Whisstock J., Rayment I., Kendrick-Jones J. Conservation within the myosin motor domain implication to structure and function // Structure 1996. V. 4. P. 969-987.
55. Corrie J. E. Т., Trentham D. R. Synthetic, mechanistic and photochemical studies of phosphate esters of substituted benzoins II J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1992, V. 1. P. 24092417.
56. Davis J. S., Harrington W. F. Force generation by muscle fibers in rigor: a laser temperature-jump study. Proc Natl Acad Sci USA. 1987. 84:975-979
57. Davis J. S., Harrington W. F. Force generation by muscle fibers in rigor: a laser temperature-jump study II Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1987. Y. 84. P. 975-979.
58. Davis J. S., Harrington W. F. A single order-disorder transition generates tension during the Huxley-Simmons phase 2 in muscle // Biophys. J. 1993 V. 65. P. 1886-1898.
59. Davis J. S., Rodgers M. E. Force generation and temperature-jump and length-jump tension transients in muscle fibers // Biophys. J. 1996. Y. 68. P. 2032-2040.
60. Davis J. S., Rodgers M. E. Indirect coupling of phosphate release to de novo tension generation during muscle contraction // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1995. Y. 92. P. 1048210486.
61. Dobbie I., Irving M., Reconditi M., Linari M., Koubasova N., Piazzesi G., Lombardi V. Tension dependent structural changes of actin-myosin cross-bridges in rigor // Biophys. J. 1997. V. 72. P. A277.
62. Dobbie I., Linari M., Piazzesi G., Reconditi M., Koubassova N., Ferenczi M. A., Lombardi V., Irving M. Elastic bending and active tilting of myosin heads during muscle contraction // Nature 1998. V. 396. P.383-387.
63. Eisenberg E., Hill T. L., Chen Y. Cross-bridge model of muscle contraction // Biophys. J. 1980. V. 29. P. 195-227.
64. Ferenczi M. A., Homsher E., Trentham D. R. The kinetics of magnesium adenosine triphosphate cleavage in skinned muscle fibres of the rabbit // J. Physiol. 1984. V. 352. P. 577-599.
65. Ferenczi M. A. Phosphate burst in permeable muscle fibers of the rabbit // Biophys. J. 1986. V. 50. P. 471-477.
66. Finer J. Т., Simmons R. M, Spudich J. A. Single myosin molecule mechanics: piconewton forces and nanometre steps // Nature. 1994. V. 368. P. 113-119.
67. Ford L. E., Huxley A. F., Simmons R. M. 1977. Tension responces to sudden length change in stimulated frog muscle fibers near slack length. J. Physiol. 269: 441-515.
68. Ford L. E., Huxley A. F., Simmons R. M. The relation between stiffness and filament overlap in stimulated frog muscle fibres II J. Physiol 1981. V. 311. P. 219-249.
69. Ford L. E., Huxley A. F., Simmons R. M. Tension transients during steady shortening of frog muscle fibres II J. Physiol. 1985. V. 361. P. 131-150.
70. Ford L. E., Huxley A. F., Simmons R. M. Tension transients during the rise of tetanic tension in frog muscle fibres II J. Physiol. 1986. V. 372. P. 595-609.
71. Frisbie S. M., Chalovich J. M., Yu L. C. Characterizations of cross-bridges in the presence of saturating concentrations of MgAMP-PNP in rabbit permeabilized psoas muscle // Biophys. J. 1998. V. 74. P. 3072-3082.
72. Funatsi Т., Harada Y., Tokunaga M., Saito K., Yanagida T. Imaging of single fluorescent molecules and individual ATP turnovers by single myosin molecules in aqueous solution // Nature. 1995. V. 374. P. 555-559.
73. Gasser H. S., Hill A. V. The dynamics of muscle contraction // Proc. Roy. Soc. 1924. V. B96. P. 398-437.
74. Geeves M. A., Goody R. S., Gutfreund H. Kinetics of the acto-Sl interaction as a guide to a model for the crossbridge cycle II J. Muscle Res. Cell Motil. 1984. V. 5. P. 351-361.
75. Getz E. В., Cooke R., Selvin P. R. Luminescence resonace energy transfer measurement on myosin // Biophys. J. 1998. V. 74. P. 2451-2458.
76. Goldman, Y.E., Hibberd M.G., McCray J.A., Trentham D.R. Relaxation of muscle fibers by photolysis of caged ATP // Nature. 1982. V. 300. P. 701-705.
77. Goldman, Y.E., Hibberd, M.G., Trentham, D.R. Relaxation of rabbit psoas muscle fibres from rigor by photochemical generation of adenosine 5'- triphosphate // J. Phsiol. 1984. V. 354. P. 577-604.
78. Goldman Y. E., McCray J. A., Ranatunga K. W. Transient tension changes initiated by laser temperature jump in rabbit psoas muscle fibres // J. Physiol. 1987. V. 392. P. 71-95.
79. Goldman Y. E., Simmons R. M. Active and rigor muscle stiffness // J. Physiol. 1977. V. 269. P. 55P-57P.
80. Goldman Y. E., Simmons R. M. Control of sarcomere length in skinned muscle fibres of Rana Temporaria during mechanical transients //J. Physiol. 1984. V. 350. P. 497-518.
81. Goldman Y. E., Simmons R. M. The stiffness of frog skinned muscle fibres at altered lateral filament spacing II J. Physiol. 1986. V. 378. P. 175-194.
82. Goody, R. S., Guth K., Maeda Y., Poole K. J. V., Rapp G. Time-resolved X-ray diffraction measurements on Lethocerus fibrillar flight muscle following the photolytic release of ATP from 'caged-ATP' П J. Physiol. 1985. V. 364. P. 75P.
83. Harford J. J., Squire, J. M. Evidence for structurally different attached states of myosin cross-bridges on actin during contraction of fish muscle // Biophys. J. 1992. V. 63. P. 387396.
84. Harford J., Squire J. Time-resolved diffraction study of muscle using synchrotron radiation II Rep. Prog. Phys. 1997. V. 60. P. 1723-1787.
85. Haselgrove J. C. X-ray evidence for a conformational changes in the actin-containg filaments of vertebrate striated muscle. // Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 1972. V. 37. P. 341-352.
86. Haselgrove J. C. X-ray evidence for conformational changes in the myosin filaments of vertebrate striated muscle II J. Mol. Biol. 1975. Y. 92. P. 113-143.
87. Haselgrove J. C., Huxley H. E. X-ray evidence for radial cross-bridge movement and for the sliding filament model in actively contracting skeletal muscle // J. Mol. Biol. 1973. Y. 77. P. 549-568.
88. Higuchi H., Goldman Y. E. Sliding distance per ATP molecule hydrolized by myosin heads during isotonic shortening of skinned muscle fibers // Biophys. J. 1995. V. 69. P. 14911507.
89. Higuchi H., Yanagida Т., Goldman Y. E. Compliance of thin filaments in skinned fibers of rabbit skeletal muscle // Biophys. J. 1995. V. 69. P. 1000-1010.
90. Hill A.V. The heat of shortening and the dynamic constanys of muscle II Proc. Roy. Soc. Lond. 1938. V. 5126. P. 136-195.
91. Hirose, K., Lenart T. D., Murray J. M., Franzini-Armstrong C., Goldman Y. E. Flash and smash: rapid freezing of muscle fibers activated by photolysis of caged ATP // Biophys. J. 1993. V. 65. P. 397-408.
92. Hirose К., Wakabayashi Т. Structural change of crossbridges of rabbit skeletal muscle during isometric contraction // J. Muscle Res. CellMotil. 1993. V. 14. P. 432-445.
93. Holmes K. The swinging lever-arm hypothesis of muscle contraction // Current Biol. 1997, V. 7. P. R112-R118.
94. Holmes K. A molecular model for muscle contraction // Acta. Cryst. 1998. V. A54. P. 789797.
95. Holmes К. C., Kull J., Jahn W., Angert I., Schroder R. High resolution cryo-electronmicroscopy of decorated actin shows that the actin binding cleft is shut // J. Gen. Physiol. 2002. (in press).
96. Holmes К. C., Popp D., Gebhard W., Kabsch W. Atomic model of the actin filament // Nature. 1990. V. 347. P. 44-49.
97. Holmes К. C., Tregear R. Т., Barlington Leigh J. Interpretation of the low angle X-ray diffraction from insect flight muscle in rigor // Proc. Roy. Soc. B. 1980. V. 207. P. 13-33.
98. Homsher E., Irving M., Wallner A. High-energy phosphate metabolism and energy liberation associated with rapid shortening in frog skeletal muscle // J. Physiol. 1981. V. 321. P. 432-436.
99. Hopkins S. C., Sabido-David C., Corrie J. E. Т., Irving M., Goldman Y. E. Fuorescence polarisation transients from rhodamine isomers on the myosin regulatory light chain in skeletal muscle fibers // Biophysical J. 1998. V. 74. P. 3093-3110.
100. Horiuti, K., Yagi N., Kagawa K., Wakabayash K., Yamada, K. X-ray equatorial diffractionл Iduring ATP-induced Ca -free muscle contraction and the effect of ADP // J. Biochem. 1994. V. 115. P. 953-957.
101. Horiuti К., Yagi N., Takemori, S. Mechanical study of rat soleus muscle using caged ATP and X-ray diffraction: high ADP affinity of slow cross-bridges // J. Physiol. 1997. V. 502. P. 433-447.
102. Houdusse A., Kalobokis V. N., Himmel D., Szent-Georgi A. G., Cohen C. Atomic structure of scallop myosin subfragment SI complexed with MgADP: a novel conformation of the myosin head // Cell 1999. V. 97. P. 459-470.
103. Houdusse A., Szent-Gyorgi A. G., Cohen C. Three conformational states of scallop myosin SI // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. P. 11238-11243.
104. Howard J. Molecular motors: structural adaptations to cellular functions // Nature. 1997. V. 389. P. 561-567.
105. Hudson L., Harford J.J., Denny R.C., Squire J.M. Myosin head configuration in relaxed fish muscle: resting state myosin heads must swing axially by up to 150A or turn upside down to reach rigor. J. Mol Biol. 1997. V. 273. P. 440-455.
106. Huxley A. F. Muscle structure and theories of contraction // Prog. Biophys. Biophys. Chem. 1957. V. 7. P. 255-318.
107. Huxley A. F. Reflections on muscle // Princeton University Press. Princeton. 1980.
108. Huxley A. F. Biological motors: energy storage in myosin molecules // Curr. Biol. 1998. V. 8. P. R485-R488.
109. Huxley A. F. Mechanics and models of the myosin motor // Phil. Trans. R. Soc. bond. B. 2000. V. 355. P. 433-440.
110. Huxley A. F. Cross-bridge action: present views, prospects, and unknowns. // J. Biomech. 2000. V. 33. P. 1189-1195.
111. Huxley A. F, Niedergerke R. M. Structural changes in muscle during contraction // Nature. 1954. V. 173. P. 971-973.
112. Huxley A. F., Tides well S. Filament compliance and tension transients in muscle // J.
113. Muscle Res. Cell Motility. 1996. Vol. 17. P.507-511.
114. Huxley A. F., Tideswell S. Rapid regeneration of power stroke in contracting muscle by attachment of second myosin head II J. Muscle Res. Cell Motility. 1997. V. 18. P. 111-114.
115. Huxley A. F., Simmons R. M. Proposed mechanism of force generation in striated muscle II Nature. 1971. V. 233. P. 533-538.
116. Huxley H. E. Investigation of biological structures by X-ray methods. The structure of muscle // Ph. D. Thesis. University of Cambridge. 1952.
117. Huxley H. E. Structural difference between resting and rigor muscle; evidence from intensity changes in the low-angle equatorial x-ray diagram // J. Mol. Biol. 1968. V. 37. P. 507-520.
118. Huxley H. E. The mechanism of muscular contraction // Science. 1969. V. 164. P. 13561366.
119. Huxley H. E. A personal view of muscle and motility mechanisms // Annu. Rev. Physiol. 1996. V. 58. P. 1-19.
120. Huxley H. E. Structural changes in the actin and myosin-containing filaments during contraction /У Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 1972. V. 37. P. 361-376.
121. Huxley H. E., W. Brown. The low-angle X-ray diagram of vertebrate striated muscle and its behaviour during contraction and rigor II J. Mol Biol. 1967. V. 30. P. 383-434.
122. Huxley H. E., Faruqi A. R., Bordas J., Koch M. H. J., Milch J. R. The use of synchrotron radiation in time resolved x-ray diffraction studies of myosin layer line reflection during muscle contraction // Nature. 1980. V. 284. P. 140-143.
123. Huxley H. E., Faruqi A. R., Kress M., Bordas J., Koch M. H. J. Time resolved X-ray diffraction studies of the myosin layer line reflections during muscle contraction // J. Mol. Biol. 1982. V. 158. P. 637-684.
124. Huxley H. E., Hanson J. Changes in the cross-striation of muscle during contraction and stretch and their structural interpretation // Nature. 1954. V. 173. P. 937-976.
125. Huxley H. E., Kress M. Crossbridge behaviour during muscle contraction // J. Muse. Res. Cell Motil. 1985. V. 6. P. 153-161.
126. Huxley H. E., Simmons R. M., Faruqi A. R., Kress M., Bordas J., Koch M. H. J. Changes in the X-ray reflections from contracting muscle during rapid mechanical transients and their structural implications II J. Mol. Biol. 1983. V. 169. P. 469-506.
127. Huxley, H. E., Stewart A., H. Sosa, T. Irving. X-ray diffraction measurement of the extensibility of actin and myosin in contracting muscle // Biophys. J. 1994. V. 67. P. 24112421.
128. Irving M., Lombardi V., Piazzesi G., Ferenczi M. A. Myosin head movements are synchronous with the elementary force-generating process in muscle // Nature. 1992. V. 357. P. 156-158.
129. Ishijima A, Kojima H, Funatsi T, Tokunaga M, Higuchi H, Tanaka H, Yanagida T. Simultaneous observation of individual ATPase and mechanical events by a single myosin molecule during interaction with actin // Cell. 1998. V. 92. P. 161-171.
130. Kabsch W., Mannherz H. G., Suck D., Pai E.F., Holmes К. C. Atomic structure of the actin DNAase I complex // Nature. 1990. V. 347. P. 37-44.
131. Kishino A., Yanagida T. Force measurements by micromanipulation of a single actin filament by glass needles //Nature. 1988. V. 334. P. 74-76.
132. Klug A., Crick F. H. C. Wysckoff H. W. Diffraction on helical structures // Acta Cryst. 1958.V. 11. P. 199-213.
133. Kojima H., Ishijima A., Yanagida T. Direct measurements of stiffness of single actin filaments with and without tropomyosin by in vitro nanomanipulator // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. V. 91. P. 12962-12966.
134. Koubassova N., Tsaturyan A. K. Modelling of cross-bridge binding to actin in skeletal muscle and calculated X-ray diffraction pattern // J. Muscle Res. Cell Motil. 1999. V. 20. P. 822-823.
135. Kraft Т., Mattei Т., Brenner В. Structural features of force-generating cross-bridges/ A 2D-X-ray study // In: Mechanism of Work Production and Work Absorption in Muscle (eds. Sugi and Pllack) Plenum Press. NY. 1998. P. 289-295, discuss. 295-296.
136. Kraft Т., Brenner В., Yu L. C. The effect of thin filament activation on the attachment of weak binding cross-bridges: a two dimensional x-ray diffraction study on single muscle fibers // Biophys. J. 1999. V. 76. P. 1494-1513.
137. Kress M., Huxley H. E., Faruqi A. R., Hendrix J. Structural changes during activation of frog muscle studied by time-resolved X-ray diffraction // J. Mol. Biol. 1986. Y. 188. P. 325342.
138. Kron S. J., Spudich J. A. Florescent actin filaments move on myosin fixed to a glass surface //Nature. 1986. V. 307. P. 6272-6276.
139. Lewis R. Multiwire gas proportional counters: decrepit antiques or classic performers // J. Synchrotron Radiat. 1994. V. 1. P. 43-53.
140. Linari, M., I. Dobbie, M. Reconditi, N. Koubassova, M. Irving, G. Piazzesi, V. Lombardi. The stiffness of skeletal muscle in isometric contraction and rigor: the fraction of myosin heads bound to actin // Biophys. J. 1998. V. 74. P. 2459-2473.
141. Linari, M., Piazzesi G., Dobbie I., Koubassova N., Reconditi M. Lombardi V. и др. // Proc. Natl Acad. Aci. USA. 2000. V. 97. P. 7226-7231.
142. Ling N., Shrimpton C., Sleep J., Kendrick-Jones J., Irving M. Fluorescent probes of orientation of myosin regulatory light chains in relaxed, rigor and contracting muscle // Biophys. J. 1996. V. 70. P. 1836-1846.
143. Lombardi V., Piazzesi G. The contractile response during steady lengthening of stimulated frog muscle fibres II J. Physiol. 1990. V. 431. P.141-171.
144. Lombardi V., Piazzesi G., Linari M. Rapid regeneration of the actin-myosin power stroke in contracting muscle // Nature. 1992. Y.355. P. 638-641.
145. Lombardi V., Piazzesi G., Ferenczi M. A., Thirlwell H., Irving M. Elastic distortion of myosin heads and repriming of the working stroke in muscle // Nature. 1995. V. 374. P. 553-555.
146. Lorenz M., Popp D., Holmes К. C. Refinement of the F-actin model against X-ray fiber diffraction data by the use of a directed mutation algorithm // J. Mol. Biol. 1993. V. 234. P. 826-836.
147. Lovy J., Poulsen F. A. Studies of the diffuse x-ray scattering from contracting frog skeletal muscle II Biophys. J. 1990. V. 57. P. 977-985.
148. Ma Y.-Z., Taylor E. W. Kinetic mechanism of myofibril ATPase // Biophys. J. 1994. V. 66. P. 1542-1553.
149. Malinchik S. В., Lednev Y. V. Interpretation of the x-ray diffraction pattern from relaxed skeletal muscle and modelling of the thick filament structure // J. Muscle Res. Cell Motil. 1992. V. 13. P. 406-419.
150. Malinchik S., Yu L. C. Analysis of equatorial x-ray diffraction patterns from muscle fibers: factors that affect the intensities I I Biophys. J. 1995. V. 68. P. 2023-2031.
151. Malinchik S., Xu S., Yu L. C. Temperature-induced structural changes in the myosin thick filament of skinned rabbit psoas muscle II Biophys. J. 1997. V. 73. P. 2304-2312.
152. Mendelson R., Morris E. P. The structure of the acto-myosin subfragment 1 complex: results of searches using data from electron microscopy and x-ray crystallography // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997. Y. 94. P. 8533-8538.
153. Millane R. P. An alternative approach to helical diffraction 11 Acta. Cryst. 1991 V. A47. P. 449-451.
154. Molloy J. E., Burns J. E., Kendrick-Jones J., Tregear R. Т., White D. C. S. Movement and force produced by a single myosin head // Nature. 1995. Y. 378. P. 209-212.
155. Mornet D., Bertrand R., Pantel P., Audemard E., Kassab R. Structure of actin-myosin interface // Nature. 1981. V. 292. P. 301-306.
156. Oplatka A. The rise, decline, and fall of the swinging crossbridge dogma II Chempacts -Biochem. Mol. Biol. 1996. Y. 6. P. 18-60.
157. Ostap E. M., Barnett V. A., Thomas D. D. Resolution of three structural states of spin-labeled myosin in contracting muscle // Biophys. J. 1995. V. 69. P. 177-188.
158. Pate E., Cooke R. A model of crossbridge action: the effects of ATP, ADP and Pj // J. Muscle Res. Cell Motil. 1989. V. 10. P. 181-196.
159. Piazzesi G., Lombardi V. The contractile response during steady lengthening of stimulated frog muscle fibres II J. Physiol. 1990. V. 431. P. 141-171.
160. Piazzesi G., Lombardi V. A model of cross-bridge action able to explain mechanical and energetic properties of muscle // Biophys. J. 1995. V. 68s. P. 356.
161. Piazzesi G., Lombardi V. A cross-bridge model that is able to explain mechanical and energetic properties of shortening muscle II Biophys. J. 1995. V. 68. P. 1966-1979.
162. Piazzesi G., Lombardi V. Simulation of the rapid regeneration of the actin-myosin working stroke with a tight coupling model of muscle contraction // J. Muscle Res. Cell Motil. 1996. V. 17. P. 1-9.
163. Piazzesi G., Francini F., Linari M., Lombardi V. Tension transients during steady lengthening of tetanized muscle fibres of the frog II J. Physiol. 1992. V. 445. P. 459-511.
164. Piazzesi, G., Lombardi V., Ferenczi M. A., Thirlwell H., Dobbie I., Irving M. Changes in the x-ray diffraction pattern from single, intact muscle fibers produced by rapid shortening and stretch // Biophys. J. 1995. V. 68. P. 92s-98s.
165. Pollack G. H. The cross-bridge theory II Physiol. Rev. 1983. V. 63. P. 1049-1113.
166. Poole K. J. V., Kaplan J. H., Maeda Y., Rapp G., Goody R. S. Dynamic tension and X-ray measurements on activation of rabbit psoas muscle using caged-calcium // Biophys. J. 1989. V. 55. P. 12a.
167. Poole K. J. V., Maeda Y., Rapp G., Goody R. S. Dynamic X-ray diffraction measurements following photolytic relaxation and activation of skinned rabbit psoas fibres // Adv. Biophys. 1991. V. 27. P. 63-75.
168. Poole K. J. V., Rapp G., Maeda Y., Goody R. S. Structural transients in rabbit muscle after photolysis of caged-ATP II J. Muscle Res. Cell Motil. 1987. V. 8. P. 62.
169. Poole К. J. V., Rapp G., Maeda Y., Goody R. S. The time course of changes in equatorial diffraction patterns from different muscle types on photolysis of caged-ATP // Adv. Exp. and Med. Biol. 1988. V. 226. P. 391-404.
170. Propp M. B. A model of muscle contraction based upon component studies // Lectures on Mathematics in the Life Sciences. 1986. V. 16. P.61-119.
171. Provencher S. W. A Fourier method for the analysis of exponential decay curves // Biophys. J. 1976. V. 16. P. 27-41.
172. Ranatunga K. W. Endothermic force generation in fast and slow mammalian (rabbit) muscle fibers II Biophys. J. 1996. V. 71. P. 1905-1913.
173. Ranatunga K. W. Effects of inorganic phosphate on endothermic force generation in muscle // Proc. Roy. Soc. Lond. 1999. V. 5266. P. 1381-1385.
174. Rapp G. J., Davis J. S. X-ray diffraction studies on thermally induced tension generation in rigor muscle // J Muscle Res. Cell Motil. 1996. Y. 17. P. 617-629.
175. Rayment I., Rypniewski W.R., Smith R., Tomchick D.R., „Winkelmann D.A., Holden H.M. Three-dimensional structure of subfragment-l: a molecular motor// Science. 1993. V. 261. P. 50-58.
176. Rayment I., Holden H. M., Whittaker M., Yohn С. В., Lorenz M., Holmes K., Milligan R. Structure of the actin-myosin complex and its implication for muscle contraction // Science. 1993. V. 261. P. 58-65.
177. Reedy M. C. Visualizing myosin's power stroke in muscle contraction // J. Cell Sci. 2000. V. 113. P.3551-3562.
178. Saito К., Aoki Т., Aoki Т., Yanagida Т. Movement of single myosin filaments and myosin step size on an actin filament suspended in solution by a laser trap // Biophys. J. 1994. V. 66. P. 769-777.
179. Schroder R. R., Manstein D. J., Jahn W., Holden H., Rayment I., Holmes К. C., Spudich J. A. Three-dimensional atomic model of F-actin decorated with Dictyostellium myosin SI // Nature. 1993. V. 364. P. 171-174.
180. Simmons R. M., Finer J. Т., Chu S., Spudich J. A. Quantitative measurements of force and displacement using an optical trap // Biophys. J. 1996. V. 70. P. 1813-1822.
181. Smith D. A. A strain-dependent ratchet model for phosphate. and [ADP]-dependent muscle contraction// J. Muscle Res. Cell Motil., 1998. V. 19. P. 189-211.
182. Smith D. A., Geeves M. A. Strain-dependent cross-bridge cycle for muscle // Biophys. J. 1995. V. 69. P. 524-537.
183. Smith D. A. Geeves M. A. Strain-dependent cross-bridge cycle for muscle. II. Steady-state behavior // Biophys. J. 1995. V. 69. P. 538-552.
184. Squire J. M. The structural basis of muscle contraction // Plenum Press. N.Y. 1981.
185. Squire J. M., Harford J. J. Actin filament organization and myosin head labelling patterns in vertebrate skeletal muscles in the rigor and weak binding states // J. Muscle Res. Cell Motil 1988. V. 9. P. 344-358.
186. Squire J. M., Luther P. K., Trinick J. Muscle myofibril architecture // In: Fibrous protein structure. 1987. Academic Press. N.Y., London. P. 423-449.
187. Stewart M., McLachlan A. D., Calladine C. R. A model to account for the elastic element in muscle crossbridges in terms of a bending myosin rod. Proc. R. Soc. bond. 1987. V. 5229. P. 381-413.
188. Svoboda К., Schmidt С. F., Schnapp В. J., Block S. M. Direct observations of kinesin stepping by optical trapping interferometry II Nature. 1993. V. 365. P. 721-727.
189. Svoboda K., Block S. M. Force and velocity measured for single kinesin molecule // Cell. 1994. V. 77. P. 773-784.
190. Suzuki Y., Yanagida Y., Ohkura R., Wakabayashi Т., Suton K. Swing of the lever arm of a myosin motor at the isomerization and phosphate release steps // Nature. 1998. V. 396. P. 380-383.
191. TawadaK., Kimura M. Stiffness of carbodiimide-crosslinked glycerinated muscle fibres in rigor and relaxing solution at high salt concentration // J. Muscle Res. Cell Motil. 1986. V. 7. P. 339-350.
192. Thirlwell H., Corrie J. E. Т., Reid G. P., Trentham D. R., Ferenczi M. A. Kinetics of relaxation from rigor of permeabilized fast-twitch fibers from the rabbit using a novel caged ATP and apyrase // Biophys. J. 1994. V. 67. P. 2436-2447.
193. Thirlwell H., Sleep J. A., Ferenczi M. A. Inhibition of unloaded shortening velocity in permeabilised muscle fibres by caged-ATP compounds //J. Muscle Res. Cell Motil. 1995. V. 16. P. 131-137.
194. Thomas D. D., Cooke R. Orientation of spin-labeled myosin heads in glycerinated muscle fibers II Biophys. J. 1980. V. 32. P. 891-906.
195. Towns-Andrews E., Berry A., Bordas J., Mant G. R., Murray P. K., Roberts K., Sumner I., Worgan J. S., Lewis R. Time-resolved x-ray diffraction station: x-ray optics, detectors and data acquisition // Rev. Scient. Instrument. 1989. V. 60. P. 2346-2349.
196. Tsaturyan A. K. Continuum mechano-chemical model of cardiac muscle // In: Contemporary Problems of Biomechanics (Eds. G.Chemyi, S.Regirer), CRC & Mir Pbs, 1990, P. 127-141.
197. Tsaturyan A. K. Computer simulation of the transients initiated by the photolysis of caged compounds and temperature jump in skinned rabbit muscle fibres // J. Muscle Res. Cell Motil, 1991, V. 13, P. 81.
198. Tsaturyan A. K., Bershitsky S. Y. Tension transients initiated by the Joule temperature jump during steady shortening of skinned muscle fibres // In: Muscle and Motility (Eds. G. Marechal, U. Carraro) Intercept Pbl., 1990, P. 277-281.
199. Tsaturyan A. K., Bershitsky S. Y. Force generation and shortening initiated by temperature jump in cross-linked rabbit muscle fibres // J. Physiol, 1995, V. 483, P. 92-93P.
200. Tsaturyan A. K., Bershitsky S. Y., Burns R., Ferenczi M. A. Structural changes accompanying force generation induced by temperature jump in permeabilized frog muscle fibres II J. Muscle Res. Cell Motil. 1998. V. 19. P. 279-280.
201. Tsaturyan А. К., Bershitsky S. Y., Burns R., Ferenczi M. A. Structural changes in the actin-myosin cross-bridges associated with force generation induced by temperature jump in permeabilized frog muscle fibers // Biophys. J., 1999. M. 77. 3. 354-372.
202. Tsaturyan A. K., Bershitsky S. Y., Burns R., He Z.-He, Ferenczi M. A. Structural responses to the photolytic release of ATP in frog muscle fibres, observed by time-resolved x-ray diffraction II J. Physiol, 1999. V. 77. P. 354-372.
203. Uyeda T. Q., Abramson P. D., Spudich J. A. The neck region of the myosin motor domain acts as a lever arm to generate movement // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. P. 4459-4464.
204. Uyeda T. Q. P., Ruppel К. M., Spudich J. A. Enzymatic activities correlate with chimaeric substitutions at the actin-binding face of myosin // Nature 1994. Y. 368. P. 567-569.
205. Uyeda T. Q. P., Warrick H. M. , Kron S. J., Spudich J. A. Quantized velocities at low myosin densities in an vitro motility assay // Nature 1991. V. 352. P. 307-311.
206. Varriano-Marston E., Franzini-Armstrong, C., Haselgrove, J.C. The structure and disposition of crossbridges in deep-etched fish muscle. J. Muscle Res. Cell Motil. 1984 V. 5 P. 363-386.
207. Veigel C., Coluccio L. M., Jontes J. D., Sparrow J. C., Milligan R. A., Molloy J. E. The motor protein myosin-I produces its working stroke in two steps // Nature 1999. V. 398. P. 530-533.
208. Wakabayashi K., Amemiya Y. Progress in x-ray synchrotron diffraction studies of muscle contraction // In: Handbook on synchrotron radiation. 1991. V. 4. P. 597-678.
209. Wakabayashi К., Sugimoto Y., Tanaka H., Ueno Y., Takezawa Y., Amemiya Y. X-ray diffraction evidence for the extensibility of actin and myosin filaments during muscle contraction // Biophys. J. 1994. V. 67. P. 2422-2435.
210. Wakabayashi K., Ueno Y., Amemiya Y., Tanaka H. Intensity changes of actin-based layer lines from frog skeletal muscles during an isometric contraction // Adv. Exp. Med. Biol. 1988. V. 226. V. 353-367.
211. Wray, J.S. Structure of relaxed myosin filaments in relation to nucleotide state in vertebrate skeletal muscle II J. Muse. Res Cell Motil. 1987. V. 8. P. 62.
212. Xu S., Malinchik S., Gilroy D., Kraft Th., Brenner В., Yu L. C. X-ray diffraction studies of cross-bridges weakly bound to actin in relaxed skinned fibers of rabbit psoas muscle // Biophys. J. 1997. V. 73. P. 2292-2303.
213. Yagi N. Intensification of the first actin layer-line during contraction of frog skeletal muscle II Adv. Biophys. 1991. V. 27. P. 35-43.
214. Yagi N. Labelling of thin filaments by myosin heads in contracting and rigor vertebrate skeletal muscles II Acta cryst. 1996. V. D52. P. 1169-1173.
215. Yagi N., Horiuti, K., Takemori, S. A pre-active attached state of myosin heads in rat skeletal muscles II J. Muscle Res. Cell Motil. 1998. V. 19. P. 75-86.
216. Yagi N., Matsubara I. Structural changes in the thin filament during activation studied by X-ray diffraction of highly stretched skeletal muscle Я J. Mol. Biol., 1989, V.208, P. 359363.
217. Yagi N., Takemori S., Watanabe M., Horiuti K., Amemiya Y. Effects of 2,3-butanedione monoxime on contraction of frog skeletal muscles: an X-ray diffraction study // J. Muscle Res. Cell Motil. 1992. V. 13. P. 153-160.
218. Yanagida Т., Arata Т., Oosawa F. Sliding distance of actin filament induced by a myosin cross-bridge during one ATP hydrolysis cycle // Nature. 1985. V. 316. P. 366-369.
-
Цатурян, Андрей Кимович
-
доктора физико-математических наук
-
Москва, 2001
-
ВАК 03.00.02
- Исследование механизма генерации силы в мышце
- Локализация и функциональная роль белка CD97 в скелетных мышцах
- Гистологическая характеристика скелетно-мышечной ткани человека при врожденной миопатии центрального стержня
- Математическое моделирование кооперативных взаимодействий в процессе мышечного сокращения
- Изучение тканеспецифичности генной экспрессии структурных белков мышечной ткани человека
