Flyvende gangart: hva skjer med proteinet inne i en levende celle

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Mange mistenker ikke engang hvor utrolige prosesser som foregår inne i oss. Jeg foreslår at du ser videre på den mikroskopiske verdenen, som du klarte å se først med ankomsten av den siste nye generasjonen elektronmikroskoper.

Tilbake i 2007 var japanske forskere i stand til under et mikroskop å observere arbeidet til en av de "molekylære motorene" til en levende celle - det gående proteinet myosin V, som aktivt kan bevege seg langs aktinfibrene og dra vektene knyttet til den. Hvert trinn i myosin V begynner med det faktum at det ene "bena" (ryggen) er atskilt fra aktinfilamentet. Deretter bøyer det andre benet seg fremover, og det første roterer fritt på "hengslet" som forbinder bena til molekylet, til det ved et uhell berører aktinfilamentet. Sluttresultatet av den kaotiske bevegelsen til det første beinet viser seg å være strengt bestemt på grunn av den faste posisjonen til det andre.

La oss finne ut mer om dette…

… kinesin går slik

Alle aktive bevegelser utført av levende organismer (fra bevegelse av kromosomer under celledeling til muskelsammentrekninger) er basert på arbeidet til "molekylære motorer" - proteinkomplekser, hvorav deler er i stand til å bevege seg i forhold til hverandre. I høyere organismer er de viktigste av de molekylære motorene myosinmolekyler av forskjellige typer (I, II, III, etc., opp til XVII), som er i stand til å bevege seg aktivt langs aktinfibrene.

Mange "molekylære motorer", inkludert myosin V, bruker prinsippet om gåbevegelse. De beveger seg i diskrete trinn av omtrent samme lengde, og vekselvis er det ene eller det andre av molekylets to «bena» foran. Imidlertid er mange detaljer om denne prosessen uklare.

Forskere ved Institutt for fysikk, Waseda University i Tokyo har utviklet en teknikk som lar deg observere arbeidet til myosin V i sanntid under et mikroskop. For å gjøre dette konstruerte de en modifisert myosin V, der benskaftene har egenskapen til å "klistre" fast til tubulin-mikrotubuli.

Ved å tilsette fragmenter av mikrotubuli til løsningen av modifisert myosin V, oppnådde forskerne flere komplekser der et stykke av en mikrotubuli bare festet seg til ett ben av myosin V, mens det andre forble fri. Disse kompleksene beholdt evnen til å "gå" langs aktinfibrene, og deres bevegelser kunne observeres, siden fragmentene av mikrotubuli er mye større enn myosin selv, og dessuten ble de merket med fluorescerende etiketter. I dette tilfellet ble to eksperimentelle design brukt: i ett tilfelle ble en aktinfiber fiksert i rommet, og observasjonene ble utført over bevegelsen til et mikrotubulifragment, og i det andre ble en mikrotubuli fiksert og bevegelsen til en aktinfiberfragment ble observert.

Som et resultat ble "gangen" til myosin V studert i stor detalj (se den første figuren). Hvert trinn begynner med at det "bakre" benet av myosin skiller seg fra aktinfiberen. Så lener det beinet, som forblir festet til fiberen, skarpt fremover. Det er i dette øyeblikket energi forbrukes (ATP-hydrolyse skjer). Etter det begynner det "frie" benet (grønt på figurene) å dingle kaotisk på hengslet. Dette er ikke noe mer enn Brownsk bevegelse. Samtidig, forresten, kunne forskere for første gang vise at hengslet som forbinder bena til myosin V ikke begrenser bevegelsene deres i det hele tatt. Før eller siden berører det grønne benet enden av aktinfilamentet og fester seg til det. Stedet hvor det vil feste seg til strengen (og derfor skrittlengden) bestemmes helt av den faste helningen til det blå benet.

I eksperimentet tok søket etter aktinfilamentet med det frie benet til myosin V flere sekunder; i en levende celle skjer dette tilsynelatende raskere, siden der går myosin uten vekter på bena. Vekter - for eksempel intracellulære vesikler omgitt av membraner - er ikke festet til bena, men til den delen av molekylet, som er avbildet som en "hale" i figuren.