The energetics of allosteric regulation of ADP release from myosin heads

文献情報

出版日 2009-05-08
DOI 10.1039/B900998A
インパクトファクター 3.676
著者

Del R. Jackson, Jr., Josh E. Baker


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要旨

Myosin molecules are involved in a wide range of transport and contractile activities in cells. A single myosin head functions through its ATPase reaction as a force generator and as a mechanosensor, and when two or more myosin heads work together in moving along an actin filament, the interplay between these mechanisms contributes to collective myosin behaviors. For example, the interplay between force-generating and force-sensing mechanisms coordinates the two heads of a myosin V molecule in its hand-over-hand processive stepping along an actin filament. In muscle, it contributes to the Fenn effect and smooth muscle latch. In both examples, a key force-sensing mechanism is the regulation of ADP release via interhead forces that are generated upon actin–myosin binding. Here we present a model describing the mechanism of allosteric regulation of ADP release from myosin heads as a change, ΔΔG−D, in the standard free energy for ADP release that results from the work, Δμmech, performed by that myosin head upon ADP release, or ΔΔG−D = Δμmech. We show that this model is consistent with previous measurements for strain-dependent kinetics of ADP release in both myosin V and muscle myosin II. The model makes explicit the energetic cost of accelerating ADP release, showing that acceleration of ADP release during myosin V processivity requires ∼4 kT of energy whereas the energetic cost for accelerating ADP release in a myosin II-based actin motility assay is only ∼0.4 kT. The model also predicts that the acceleration of ADP release involves a dissipation of interhead forces. To test this prediction, we use an in vitro motility assay to show that the acceleration of ADP release from both smooth and skeletal muscle myosin II correlates with a decrease in interhead force. Our analyses provide clear energetic constraints for models of the allosteric regulation of ADP release and provide novel, testable insights into muscle and myosin V function.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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