Myosin

Le miosine sono una famiglia di proteine motrici – spesso organizzate in complessi proteici – note principalmente per guidare la contrazione muscolare e una varietà di altri processi di movimento nelle cellule eucariotiche. Dipendono dall'ATP e sono responsabili del movimento lungo i filamenti di actina. La prima miosina, oggi chiamata M2, fu identificata nel 1864 da Wilhelm Kühne. Egli estrasse una proteina viscosa dal muscolo scheletrico, che riteneva mantenesse la tensione muscolare, e la chiamò miosina.

Da allora, il termine è stato esteso per includere un gruppo di ATPasi simili presenti sia nei tessuti muscolari striati che in quelli lisci. Nel 1973, enzimi con funzioni simili alla miosina furono scoperti in Acanthamoeba castellanii, portando all'identificazione di molti geni divergenti della miosina in tutto il regno eucariotico. Sebbene un tempo si pensasse che la miosina esistesse solo nelle cellule muscolari (da cui il nome, da mio- che significa muscolo), in realtà si tratta di una grande superfamiglia di geni.

I loro prodotti proteici condividono caratteristiche fondamentali: legano l'actina, idrolizzano l'ATP (agendo come ATPasi) e trasducono la forza. Quasi tutte le cellule eucariotiche contengono isoforme di miosina. Alcune isoforme hanno ruoli specializzati in determinati tipi cellulari, come il muscolo, mentre altre sono presenti universalmente. La struttura e la funzione della miosina sono altamente conservate tra le specie – tanto che la miosina II del muscolo di coniglio può legarsi all'actina di un'ameba.

La maggior parte delle molecole di miosina ha tre domini: una testa, un collo e una coda. Il dominio testa si lega all'actina filamentosa e utilizza l'idrolisi dell'ATP per generare forza e "camminare" verso l'estremità a punta (+) del filamento (eccetto la miosina VI, che si muove verso l'estremità appuntita (-)). Il dominio collo funge da linker e da braccio di leva, trasmettendo la forza dal dominio motorio catalitico. Può anche legare le catene leggere della miosina – proteine separate che fanno parte del complesso macromolecolare e di solito hanno ruoli regolatori.

Il dominio coda media tipicamente le interazioni con le molecole cargo o con altre subunità della miosina e, in alcuni casi, aiuta a regolare l'attività motoria. Nel muscolo scheletrico, più molecole di miosina II generano forza attraverso un meccanismo di colpo di potenza, alimentato dall'energia dell'idrolisi dell'ATP. Il colpo di potenza si verifica quando il fosfato viene rilasciato dalla molecola di miosina dopo l'idrolisi dell'ATP, mentre la miosina è saldamente legata all'actina.

Questo rilascio provoca un cambiamento conformazionale che tira contro l'actina. Il rilascio di ADP porta al cosiddetto stato di rigor della miosina. Il legame di una nuova molecola di ATP rilascia la miosina dall'actina. L'idrolisi dell'ATP all'interno della miosina la induce quindi a legarsi nuovamente all'actina, ripetendo il ciclo.

L'effetto combinato di molti colpi di potenza provoca la contrazione muscolare. L'ampia varietà di geni della miosina nei phyla eucariotici è stata denominata con schemi diversi man mano che venivano scoperti, rendendo la nomenclatura confusa quando si confrontano le funzioni della miosina all'interno e tra organismi. La miosina del muscolo scheletrico – la più evidente per la sua abbondanza nelle fibre muscolari – fu la prima ad essere scoperta.

Fa parte del sarcomero e crea filamenti macromolecolari composti da più subunità di miosina. Miosine simili che formano filamenti furono successivamente trovate nel muscolo cardiaco, nel muscolo liscio e nelle cellule non muscolari. A partire dagli anni '70, i ricercatori hanno scoperto nuovi geni della miosina in eucarioti semplici che codificano proteine monomeriche, chiamate miosine di Classe I. Queste sono state definite "miosine non convenzionali" e sono state trovate in molti tessuti oltre al muscolo.

Sono raggruppate in classi basate su relazioni filogenetiche derivate dal confronto delle sequenze di amminoacidi dei loro domini testa, con ciascuna classe a cui viene assegnato un numero romano. Le miosine non convenzionali hanno anche domini coda divergenti, suggerendo funzioni uniche. La diversa gamma di miosine probabilmente si è evoluta da un precursore ancestrale. L'analisi delle sequenze amminoacidiche della miosina mostra una grande variabilità tra i domini coda ma una forte conservazione delle sequenze del dominio testa.

Ciò probabilmente consente alle miosine di interagire, tramite le loro code, con molti carichi diversi, mentre l'obiettivo condiviso – muoversi lungo i filamenti di actina – richiede lo stesso macchinario motorio. Ad esempio, il genoma umano contiene oltre 40 diversi geni della miosina. Le differenze di forma determinano anche la velocità con cui le miosine si muovono lungo i filamenti di actina. L'idrolisi dell'ATP e il rilascio di fosfato causano il colpo di potenza, trascinando in avanti il braccio di leva (regione del collo).

Poiché il colpo di potenza sposta sempre il braccio di leva dello stesso angolo, la lunghezza del braccio di leva determina la distanza percorsa dal carico rispetto al filamento di actina. Un braccio di leva più lungo significa una distanza maggiore per passo, proprio come una persona con gambe più lunghe fa falcate più ampie. La velocità di un motore a miosina dipende dalla rapidità con cui completa un ciclo cinetico completo, dal legame dell'ATP al rilascio di ADP.

La miosina I è una proteina cellulare ubiquitina che funziona come monomero ed è coinvolta nel trasporto vescicolare. Ha una dimensione del passo di 10 nm e si pensa sia responsabile della risposta di adattamento delle stereociglia nell'orecchio interno.