ParM – это белок , содержащийся в прокариотических клетках , по функциям своим схожий с актином . Его роль заключается в обеспечении перемещения копий плазмид R1 к противоположным полюсам в палочковидных бактериях перед делением . Субъединицы ParM формируют микрофиламенты , вытянутые вдоль большой оси бактерии.

Действие

ParM является мономером , который закодирован в ДНК R1- плазмиды и синтезируется на рибосомах бактерии. В цитоплазме он спонтанно полимеризуется , образуя короткие молекулярные цепочки, которые либо присоединяются к белку , либо гидролизуются . стабилизирует ParM и предотвращает его гидролиз . ParM, ограниченный с двух сторон молекулами , присоединяется к полюсам других мономеров ParM, и результатом реакции является расталкивание R1- плазмид к противоположным полюсам клетки .

Функционирование

In vitro наблюдается полимеризующийся мономер ParM как в присутствии АТФ , так и ГТФ , но эксперименты, проведенные Popp и др., показывают, что, вероятно, реакция “предпочитает” ГТФ ; именно ГТФ является нуклеотидом , который, наиболее вероятно, вносит весомый вклад в функционировании ParM в клетке . Далее в статье считается, что ГТФ является активным нуклеотидом, хотя во многих экспериментах использовали АТФ взамен ГТФ. ParM связывает и гидролизует ГТФ в процессе полимерицации . Распространённое мнение заключается в том, что «кэп» из связанных с ГТФ мономеров требуется на концах цепочек полимера ParM для предотвращения его гидролиза . Хотя ParM гидролизует ГТФ после присоединения, считается, что источником энергии, идущей на движение плазмид, является свободная энергия Гиббса концентрации мономера ParM, а не энергия гидролиза ГТФ . Изменения концентрации мономера и полимера ParM должны неизбежно нарушить равновесие на концах ParM, где происходит присоединение, независимо от концентрации ГТФ . Осуществив расталкивание плазмид на противоположные концы клетки, полимер быстро деполимеризуется и переходит в состояние мономеров в цитоплазме .

Структура

Отдельные молекулы мономера ParM не функционируют до присоединения к ним нуклеотида ГТФ . После присоединения ГТФ мономер ParM присоединяется к концу растущего филамента. С этого момента ParM гидролизует ГТФ , который в свою очередь превращается в ГДФ и остаётся в цепочке ParM до тех пор, пока полимер остаётся целым. ParM образует левостороннюю спираль .

Рост филаментов, образуемых ParM, возможен с обоих концов, в отличие от актиновых филаментов, растущих только на +-конце.

Исследования, проведенные Гарнером и , наводят на мысль, что мономеры на конце цепочки ParMа должна быть ГТФ -связанными для поддержания стабильности полимера . Если один из концов имеет присоединенный ГДФ, полимерная цепочка очень быстро деполимеризируется на составные мономеры . Это предположение сделано на основании эксперимента , в котором Гарнер и разрезали растущую полимерную цепочку ParM под воздействием присоединения АДФ к концам. Разрезанные цепочки быстро гидролизуются.

Динамическая нестабильность

Динамическая нестабильность описывается как переключение полимера между фазами устойчивого удлинения и быстрого укорачивания. Этот процесс имеет важное значение для функции эукариотических микротрубочек . В случае ParM динамическая нестабильность “спасает" полимер или производит переключения из фазы укорачивания в фазу удлинения, но это очень редко наблюдается и наблюдается только тогда, когда применяется нуклеотид АТФ . Средняя длина не связанного с другими белками филамента ParM составляет 1.5-2 µм при концентрации мономеров ParM 2 µМ или более. Считается, что динамическая нестабильность ParM и эукариотических микротрубочек – пример конвергентной эволюции .

ParM спонтанно формирует короткие полимерные фрагменты, когда они находятся в цитоплазме . Эти фрагменты служат для эффективного “поиска” R1- плазмид , а также поддерживают благоприятную концентрацию мономера ParM для полимеризации.

Литература

^ Hoischen C.; Busiek, M.; Langowski, J.; Diekmann, S.; (2008). "Escherichia coli low-copy-number plasmid R1 centromere parC forms a U-shaped complex with its binding protein ParR". Nucleic Acids Research 36 (2): 607–615. doi:10.1093/nar/gkm672. 10.1093/nar/gkm672.

^ a b c Popp, D; Narita (2008). "Molecular structure of the ParM polymer and the mechanism leading to its nucleotide-driven dynamic instability". Embo Journal 27 (3): 570–579. doi:10.1038/sj.emboj.7601978. 10.1038/sj.emboj.7601978.

^ a b Garner, E.C.; Campbell, C.S.; Weibel, D.B.; Mullins, R.D. (2007). "Reconstitution of DNA segregation driven by assembly of a prokaryotic actin homolog". Science 315 (5816): 1270–1274. doi:10.1126/SCIENCE.1138527. 10.1126/SCIENCE.1138527.

^ Garner, E.C.; Campbell, C.S.; Mullins, R.D. (2004). "Dynamic instability in a DNA-segregating prokaryotic actin homolog". Science 306 (5698): 1021–1025. doi:10.1126/science.1101313. .