Flygande gång: vad händer med proteinet inuti en levande cell

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Många misstänker inte ens hur fantastiska processer som äger rum inom oss. Jag föreslår att du tittar vidare på den mikroskopiska världen, som du lyckades se först med tillkomsten av den senaste nya generationens elektronmikroskop.

Redan 2007 kunde japanska forskare under ett mikroskop observera arbetet hos en av de "molekylära motorerna" i en levande cell - det gående proteinet myosin V, som aktivt kan röra sig längs aktinfibrerna och dra vikterna som är fästa vid den. Varje steg av myosin V börjar med det faktum att ett av dess "ben" (baksida) är separerat från aktinfilamentet. Sedan böjer det andra benet framåt, och det första roterar fritt på "gångjärnet" som förbinder molekylens ben, tills det av misstag vidrör aktinfilamentet. Slutresultatet av den kaotiska rörelsen av det första benet visar sig vara strikt bestämt på grund av den andras fasta position.

Låt oss ta reda på mer om detta…

… kinesin går så här

Alla aktiva rörelser som utförs av levande organismer (från kromosomernas rörelse under celldelning till muskelsammandragningar) är baserade på arbetet med "molekylära motorer" - proteinkomplex, vars delar kan röra sig i förhållande till varandra. I högre organismer är de viktigaste av de molekylära motorerna myosinmolekyler av olika typer (I, II, III, etc., upp till XVII), som aktivt kan röra sig längs aktinfibrerna.

Många "molekylära motorer", inklusive myosin V, använder principen om gångrörelse. De rör sig i diskreta steg av ungefär samma längd, och växelvis är det ena eller det andra av molekylens två "ben" framför. Men många detaljer i denna process är fortfarande oklara.

Forskare vid institutionen för fysik, Waseda University i Tokyo har utvecklat en teknik som gör att du kan observera myosin Vs arbete i realtid under ett mikroskop. För att göra detta konstruerade de ett modifierat myosin V, där benskaften har egenskapen att ordentligt "klibba" till tubulinmikrotubuli.

Genom att lägga till fragment av mikrotubuli till lösningen av modifierat myosin V, erhöll forskarna flera komplex där en bit av en mikrotubuli endast fäste vid ett ben av myosin V, medan det andra förblev fritt. Dessa komplex behöll förmågan att "gå" längs aktinfibrerna, och deras rörelser kunde observeras, eftersom fragmenten av mikrotubuli är mycket större än myosin självt, och dessutom var de märkta med fluorescerande etiketter. I det här fallet användes två experimentella konstruktioner: i ett fall fixerades en aktinfiber i rymden, och observationerna utfördes över rörelsen av ett mikrotubulifragment, och i det andra fixerades en mikrotubuli och rörelsen av en aktinfiberfragment observerades.

Som ett resultat studerades "gången" av myosin V i stor detalj (se den första figuren). Varje steg börjar med att det "bakre" benet av myosin separerar från aktinfibern. Sedan lutar det benet, som förblir fäst vid fibern, framåt skarpt. Det är i detta ögonblick som energi förbrukas (ATP-hydrolys sker). Efter det börjar det "fria" benet (grönt i figurerna) dingla kaotiskt på gångjärnet. Detta är inget annat än Brownsk rörelse. Samtidigt, förresten, kunde forskare för första gången visa att gångjärnet som förbinder benen på myosin V inte begränsar deras rörelser alls. Förr eller senare vidrör det gröna benet änden av aktinfilamentet och fäster sig vid det. Platsen där den kommer att fästa på snöret (och därför steglängden) bestäms helt av den fasta lutningen på det blå benet.

I experimentet tog sökandet efter aktinfilamentet med det fria benet av myosin V flera sekunder; i en levande cell sker detta tydligen snabbare, eftersom myosin går där utan vikter på benen. Vikter - till exempel intracellulära vesiklar omgivna av membran - är inte fästa på benen, utan till den del av molekylen, som avbildas som en "svans" i figuren.