Lietajúca chôdza: čo sa stane s proteínom vo vnútri živej bunky

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Mnohí ani len netušia, aké skutočne úžasné procesy v nás prebiehajú. Navrhujem vám pozrieť sa ďalej na mikroskopický svet, ktorý sa vám podarilo vidieť až s príchodom najnovšej novej generácie elektrónových mikroskopov.

Ešte v roku 2007 dokázali japonskí vedci pod mikroskopom pozorovať prácu jedného z „molekulárnych motorov“živej bunky – kráčajúceho proteínu myozínu V, ktorý sa dokáže aktívne pohybovať po aktínových vláknach a ťahať závažia, ktoré sú k nemu pripojené. Každý krok myozínu V začína skutočnosťou, že jedna z jeho "nohy" (chrbát) je oddelená od aktínového vlákna. Potom sa druhá noha ohne dopredu a prvá sa voľne otáča na „závese“spájajúcom nohy molekuly, až kým sa náhodne nedotkne aktínového vlákna. Konečný výsledok chaotického pohybu prvej nohy sa ukazuje ako prísne určený kvôli pevnej polohe druhej.

Poďme sa dozvedieť viac o tomto…

… kinesin chodí takto

Akékoľvek aktívne pohyby vykonávané živými organizmami (od pohybu chromozómov pri delení buniek až po svalové kontrakcie) sú založené na práci "molekulárnych motorov" - proteínových komplexov, ktorých časti sa môžu navzájom pohybovať. Vo vyšších organizmoch sú najdôležitejšími molekulárnymi motormi molekuly myozínu rôznych typov (I, II, III, atď., až XVII), ktoré sú schopné aktívneho pohybu po aktínových vláknach.

Mnoho „molekulárnych motorov“, vrátane myozínu V, využíva princíp pohybu chôdze. Pohybujú sa v diskrétnych krokoch približne rovnakej dĺžky a striedavo jedna alebo druhá z dvoch „nohičiek“molekuly je vpredu. Mnohé detaily tohto procesu však zostávajú nejasné.

Vedci z Katedry fyziky Univerzity Waseda v Tokiu vyvinuli techniku, ktorá vám umožňuje pozorovať prácu myozínu V v reálnom čase pod mikroskopom. Na tento účel skonštruovali modifikovaný myozín V, v ktorom majú drieky nôh tú vlastnosť, že sa pevne „prilepia“k tubulínovým mikrotubulom.

Pridaním fragmentov mikrotubulov do roztoku modifikovaného myozínu V vedci získali niekoľko komplexov, v ktorých kúsok mikrotubulu priľnul iba na jednu nohu myozínu V, zatiaľ čo druhá zostala voľná. Tieto komplexy si zachovali schopnosť „prechádzať sa“po aktínových vláknach a bolo možné pozorovať ich pohyby, pretože fragmenty mikrotubulov sú oveľa väčšie ako samotný myozín a navyše boli označené fluorescenčnými značkami. V tomto prípade boli použité dva experimentálne návrhy: v jednom prípade bolo aktínové vlákno fixované v priestore a pozorovania boli vykonávané nad pohybom fragmentu mikrotubulu a v druhom prípade bol fixovaný mikrotubul a pohyb mikrotubulu. pozoroval sa fragment aktínového vlákna.

V dôsledku toho bola „chôdza“myozínu V veľmi podrobne študovaná (pozri prvý obrázok). Každý krok začína oddelením „zadnej“nohy myozínu od aktínového vlákna. Potom sa noha, ktorá zostáva pripojená k vláknu, prudko nakloní dopredu. V tomto momente sa spotrebúva energia (dochádza k hydrolýze ATP). Potom začne „voľná“noha (na obrázkoch zelená) chaoticky visieť na pánte. Toto nie je nič iné ako Brownov pohyb. Mimochodom, vedci boli po prvýkrát schopní ukázať, že pánt spájajúci nohy myozínu V vôbec neobmedzuje ich pohyby. Skôr či neskôr sa zelená noha dotkne konca aktínového vlákna a pripojí sa k nemu. Miesto, kde sa prichytí na strunu (a teda aj dĺžka kroku), je úplne určené pevným sklonom modrej nohy.

V experimente trvalo hľadanie aktínového vlákna s voľnou nohou myozínu V niekoľko sekúnd; v živej bunke k tomu zrejme dochádza rýchlejšie, keďže tam myozín chodí bez závažia na nohách. Závažia - napríklad intracelulárne vezikuly obklopené membránami - nie sú pripevnené k nohám, ale k tej časti molekuly, ktorá je na obrázku znázornená ako "chvost".