ヌクレオチド結合によるミオシン分子頭部の形態変化

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本研究では、カエル骨格筋の単一脱鞘筋線維を用いて、多くのX線回析実験を行い、さまざまな環境下における収縮蛋白分子の影響を調べた。標本として用いたのは、食用カエル縫工筋の単一筋線維を、界面活性剤であるTriton X-100で処理したものである。この標本は、単一骨格筋筋線維としては100-150μmと太く、強い回析を生じるため、X線回析実験に適している。標本は厚さ6μmのカプトン膜を張ったX線用ウィンドウの間に入れ、適当な人工細胞内溶液を用いて灌流した。温度は4度とした。実験は、高エネルギー物理学実験所の放射光実験施設(Photon Factory)の小角散乱用ビームライン(BL15A)で行った。(1)燐酸類似化合物であるバナジン酸の効果を調べた。バナジン酸を収縮または硬直収縮によって取り込ませると、カルシウムの存在・非存在にかかわらず、ミオシン分子は弛緩状態と同じように太いフィラメントの軸の周囲にらせん上に配列する。このことは、ミオシン・ADP・バナジン酸複合体が、生理的な中間体であるミオシン・ADP燐酸中間体と非常に似た性質と構造を持っていることを示している。(2)ATPの全く存在しない硬直状態のアクチン・ミオシン複合体に対する、ADPの効果を調べた。1mMADPによって、X線回析像では14.5mmに相当する位置にある太いフィラメント由来の子午線反射の強度が約80%増加する。これは、アクチンと結合したミオシン頭部が、アクチンと解離せずにその形を変化することを示唆している。ADPはATPと同様に、ミオシン頭部の中央に位置する谷状の部分に結合すると考えられ、ADPの結合がミオシン頭部の形態変化を生じるということは、谷間に結合したADPがその両側のドメインの間の位置関係を変えている可能性を示す。これは、ミオシン頭部の複数のドメインの位置関係が変わることによって収縮張力が生じるという仮説と一致する。