Leteča hoja: kaj se zgodi z beljakovinami v živi celici

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Mnogi niti ne slutijo, kako resnično neverjetni procesi potekajo v nas. Predlagam, da pogledate dlje v mikroskopski svet, ki ste ga uspeli videti šele s prihodom elektronskih mikroskopov najnovejše nove generacije.

Japonski raziskovalci so že leta 2007 lahko pod mikroskopom opazovali delovanje enega od "molekularnih motorjev" žive celice - sprehajajočega proteina miozina V, ki se lahko aktivno premika vzdolž aktinskih vlaken in vleče nanj pritrjene uteži. Vsak korak miozina V se začne z dejstvom, da je ena od njegovih "nog" (hrbtna stran) ločena od aktinskega filamenta. Nato se druga noga upogne naprej, prva pa se prosto vrti na "zgibu", ki povezuje noge molekule, dokler se nenamerno ne dotakne aktinskega filamenta. Končni rezultat kaotičnega gibanja prve noge se izkaže za strogo določen zaradi fiksnega položaja druge.

Izvedemo več o tem …

… kinesin tako hodi

Vsaka aktivna gibanja, ki jih izvajajo živi organizmi (od premikanja kromosomov med delitvijo celic do krčenja mišic), temeljijo na delu "molekularnih motorjev" - beljakovinskih kompleksov, katerih deli se lahko premikajo drug glede drugega. Pri višjih organizmih so najpomembnejši molekularni motorji molekule miozina različnih vrst (I, II, III itd., do XVII), ki se lahko aktivno premikajo vzdolž aktinskih vlaken.

Številni "molekularni motorji", vključno z miozinom V, uporabljajo princip hoje. Premikajo se v diskretnih korakih približno enake dolžine, spredaj pa je izmenično ena ali druga od dveh "nog" molekule. Vendar pa številne podrobnosti tega procesa ostajajo nejasne.

Raziskovalci na Oddelku za fiziko univerze Waseda v Tokiu so razvili tehniko, ki omogoča opazovanje delovanja miozina V v realnem času pod mikroskopom. Da bi to naredili, so konstruirali modificiran miozin V, pri katerem imajo nogice lastnost, da se trdno "prilepijo" na mikrotubule tubulina.

Z dodajanjem fragmentov mikrotubul v raztopino modificiranega miozina V so znanstveniki dobili več kompleksov, v katerih se je delček mikrotubule oprijel le na eno nogo miozina V, druga pa je ostala prosta. Ti kompleksi so ohranili sposobnost "hodjenja" vzdolž aktinskih vlaken in opazovali so njihove premike, saj so fragmenti mikrotubul veliko večji od samega miozina, poleg tega pa so bili označeni s fluorescentnimi oznakami. V tem primeru sta bili uporabljeni dve eksperimentalni zasnovi: v enem primeru je bilo aktinsko vlakno fiksirano v prostoru, opazovanja pa so potekala nad gibanjem fragmenta mikrotubule, v drugem pa je bila fiksirana mikrotubula in gibanje mikrotubule. opažen je bil fragment aktinskih vlaken.

Kot rezultat, je bila "hoda" miozina V zelo podrobno preučena (glej prvo sliko). Vsak korak se začne tako, da se "zadnja" noga miozina loči od aktinskega vlakna. Nato se ta noga, ki ostane pritrjena na vlakno, močno nagne naprej. V tem trenutku se porabi energija (pride do hidrolize ATP). Po tem začne "prosta" noga (na slikah zelena) kaotično viseti na tečaju. To ni nič drugega kot Brownovo gibanje. Hkrati so znanstveniki, mimogrede, lahko prvič pokazali, da tečaj, ki povezuje noge miozina V, sploh ne omejuje njihovih gibov. Prej ali slej se zelena noga dotakne konca aktinskega filamenta in se pritrdi nanj. Mesto, kjer se bo pritrdila na vrvico (in s tem tudi dolžina koraka), je v celoti določena s fiksnim naklonom modre noge.

V poskusu je iskanje aktinskega filamenta s prostim krakom miozina V trajalo nekaj sekund; v živi celici se to očitno zgodi hitreje, saj tam miozin hodi brez uteži na nogah. Uteži – na primer znotrajcelični mehurčki, obdani z membranami – niso pritrjeni na noge, temveč na tisti del molekule, ki je na sliki upodobljen kot »rep«.