마이오신(myosin)

converts chemical energy to mechanical energy, generating force and movement.
prototype of molecular motor
  
actin-myosin interaction explains not only muscle contraction but also non-muscle cells (e.g. cell division intracellular transport of vesicles and organelles)
 

muscle 
skeletal muscle(골격근)-> voluntary(자발적인) 
cardiac muscle(심근) -> involuntary(원치 않은) (e.g., pumps blood from the heart)
smooth muscle(제대로근) -> involuntary(원치 않은) (e.g., stomach(위), intestine(장), uterus(자궁), blood vessels(혈관))
  
<muscle contraction>
skeletal muscles은 muscle fiber(근섬유)의 다발로 이루어진다.
muscle fiber(muscle cell)는 50μm~ 몇 cm의 길이를 가지는 하나의 긴 세포들의 다발의 융합으로 이루어진다. -> 각각의 muscle fiber는 수많은 myofibril, nucleus을 가지고 있다.
  
myofibril(근원섬유) : thick filaments of myosin(15nm in diameter) + thin filaments of actin(7nm in diameter) -> each myofibril is organized as a chain of contractile units called sarcomeres bounded by Z discs.
  
sarcomere(근섬유 분절)의 유무에 의해서 A(anisotropic, 이방성) band와 I(isotropic, 등방성) band로 나누어진다. I bands only contain actin filaments, whereas the A bands contain thick filaments consisting of myosin.
-> striated appearance을 만든다.
 

actin과 myosin filaments는 A band의 주변부(peripheral)에서 겹치고, 중간부(H zone)는 오직 myosin만을 가지고 있다.
  
actin의 barbed ends는 Z-disc 쪽에 붙어있으며 alpha-actinin protein을 포함한다.
myosin은 sarcomeres의 M line에 붙어있다.
  
titin : M line~Z disc까지 연결되어 있으며 myosin을 sarcomeres에서 중앙에 배치하며 resting tension을 유지시킨다. 
  
nebulin : determines the length of actin filaments as a ruler
  
<silding filament model>
sarcomeres의 길이가 줄어들고 A band의 길이는 유지된다. sacoremeres의 길이가 줄어들 뿐 filaments의 길이는 줄어들지 않는다. 
-> Z-disc가 서로 가까워지고 I band와 H zone은 사라진다.

  
myosinⅡ 2 heavy chains and 2 pairs of light chains로 구성된 dimer, motor protein이다.
myosinⅡ은 500kDa500 kDa으로 구성되고 two identical heavy chains(200 kDa)을 가지며 two pairs of light chains(each 20 kDa)을 가지고 있다.
Each heavy chain consist of globular heavy region and long  alpha-helical tail.
-> two heavy chain twist 되어서 coiled coil을 형성한다.

thick filaments of muscle consist of several myosin molecules associated in a parallel staggered(살짝 비켜선) array by interaction between their tails.
sarcomeres의actin, myosin filaments의 상대적인 orientation은 같다.
그리고 공통적으로 sacormere의 M line에서 actin, myosin filaments의 극성이 바뀐다.

  
ATP가 없는 환경에서 myosin은 actin과 붙어있다.
-> ATP binding은 myosin-actin complex을 분리시키고 ATP hydrolysis을 통해 myosin의 conformational change을 유도한다.
-> myosin light-chain(neck region)으로 하여금 myosin head를 평소의 위치에서 5nm 멀리 놓는다. ATP 가수분해의 생산물(inorganic phosphate, ADP)은myosin head에 붙어있다.
-> inorganic phosphate가 떨어지면서 myosin head가 새로운 actin filament에 붙는다.
-> ADP을 방출하면서 myosin은 original conformation으로 돌아온다.(power stroke)
  
--> actin-filaments sliding, myosin moves the head groups along the actin filament in the direction of the barbed end.

  
skeletal muscle contraction은 nerve impulse에 의해서 유도된다.
nerve impulse는 sarcoplasmic reticulum으로부터 Ca2+을 방출을 유도하여 세포질에 100배의 calcium ion concentration이 증가한다.
-> increased calcium ion concentration signals muscle contraction via the action of two actin filament binding proteins (tropomyosin, troponin complex)
troponin complex is made of 3 polypeptides : troponin I(inhibitory), troponin C(calcium-binding), troponin T(tropomyosin-binding)
  
when calcium ion concentration is low, actin과 myosin head group과의 interaction을 troponin complex가 막는다. 
when calcium ion concentration is high Ca2+가 troponin C에 붙어서 conformational change을 유도하고 actin과 myosin head group과의 interaction을 유도한다.
  
<non-muscle cells, smooth muscle에서의 contraction>
contractile assemblies in non-muscles cells (e.g., stress fibers, circumferential belt, cytokinesis) are interdigitated with bipolar filaments of myosinⅡ, consisting of 15~20 myosinⅡ moleculesand actin-myosin filaments aren’t organized in sarcomeres.
  
cytokinesis(세포질 분열)은mitosis가 끝난 이후에 contractile ring consisting of actin filaments and myosinⅡ is assembled by membrane-bound myosin just underneath the plasma membrane.
-> the thickness of contractile ring remains constant as ot contracts. actin filaments가 수축 환이 쪼그라들면서 분해된다.

 

  
smooth muscle, non-muscle cell은 Ca2+가 calmodulin에 붙고 myosinⅡ의 하나의 regulatory light chain에 인산화가 되면서 assembly of myosin into filaments을 촉진하고 myosin의 contraction catalytic activity을 유도한다.
-> increased Ca2+concentration in cytoplasm bind to calmodulin
-> myosin light chain kinase가 calmodulin과 관련되어 스스로 조절된다.
-> activated calmodulin MLCK(myosin light-chain kinase)에 의해서 myosin regulatory light chain 이 인산화된다..
--> Ca2+은sooth muscle와 non-muscle에 대해서는 간접적으로, striated muscle에 대해서는 직접적으로 myosin을 activatingactivating 하게 만든다.
  
<unconventional(비통상적인) myosins>
They don’t form filaments and are not involved in contraction.
그러나 그들은 다양한 cell movement(소낭 수송, 소기관 수송, 화물 수송)에서 중요한 역할을 한다.
 

myosinⅠcontains globular head group that acts as an ATP-driven motor and small(110 kDa) proteins로 구성되며 actin filaments의 barbed end로 이동한다. 
It help link actin bundles to the plasma membrane of intestinal microvilli.
It transport of vesicles and organelles along actin filaments movement of plasma membrane during phagocytosis and pseudopod extension. 
  
myosin Ⅴ, two-headed dimer, transport organelles and macro-molecules within neurons, where myosin move toward barbed end of actin filament
  
all myosin move toward barbed end , exception of myosin Ⅵ which move toward pointed end.