Летяща походка: какво се случва с протеина в жива клетка

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Мнозина дори не подозират колко наистина невероятни процеси протичат вътре в нас. Предлагам ви да погледнете по-нататък в микроскопичния свят, който успяхте да видите едва с появата на най-новото поколение електронни микроскопи.

Още през 2007 г. японски изследователи успяха да наблюдават под микроскоп работата на един от „молекулярните двигатели“на живата клетка – ходещият протеин миозин V, който може активно да се движи по протежение на актиновите влакна и да влачи тежестите, прикрепени към него. Всяка стъпка на миозин V започва с факта, че един от неговите "крака" (гръб) е отделен от актиновата нишка. След това вторият крак се огъва напред, а първият свободно се върти върху "пантата", свързваща краката на молекулата, докато случайно докосне актиновата нишка. Крайният резултат от хаотичното движение на първия крак се оказва строго определен поради фиксираната позиция на втория.

Нека разберем повече за това…

… кинезин ходи така

Всички активни движения, извършвани от живи организми (от движението на хромозомите по време на клетъчното делене до мускулните контракции), се основават на работата на "молекулярни двигатели" - протеинови комплекси, части от които могат да се движат една спрямо друга. При висшите организми най-важните от молекулярните двигатели са различни видове миозинови молекули (I, II, III и др., до XVII), които могат активно да се движат по протежение на актиновите влакна.

Много "молекулярни двигатели", включително миозин V, използват принципа на движение при ходене. Те се движат на дискретни стъпки с приблизително еднаква дължина, като последователно единият или другият от двата „крака“на молекулата е отпред. Въпреки това, много подробности от този процес остават неясни.

Изследователи от катедрата по физика на университета Васеда в Токио са разработили техника, която ви позволява да наблюдавате работата на миозин V в реално време под микроскоп. За да направят това, те конструират модифициран миозин V, в който дръжките на краката имат свойството да се „залепват” здраво за тубулиновите микротубули.

Чрез добавяне на фрагменти от микротубули към разтвора на модифициран миозин V, учените са получили няколко комплекса, в които парче от микротубула се прилепва само към единия крак на миозин V, докато другият остава свободен. Тези комплекси запазват способността си да "вървят" по протежение на актиновите влакна и може да се наблюдават движенията им, тъй като фрагментите на микротубулите са много по-големи от самия миозин и освен това са белязани с флуоресцентни етикети. В този случай бяха използвани два експериментални дизайна: в единия случай актиново влакно беше фиксирано в пространството и наблюденията бяха проведени върху движението на фрагмент от микротубула, а във втория беше фиксирана микротубула и движението на се наблюдава фрагмент от актиново влакно.

В резултат на това „походката“на миозин V беше проучена много подробно (виж първата фигура). Всяка стъпка започва с отделянето на „задния” крак на миозина от актиновото влакно. Тогава този крак, който остава прикрепен към влакното, се навежда рязко напред. Именно в този момент се изразходва енергия (настъпва хидролиза на АТФ). След това „свободният“крак (зелен на фигурите) започва да виси хаотично на пантата. Това не е нищо повече от Брауново движение. В същото време, между другото, учените успяха да покажат за първи път, че пантата, свързваща краката на миозин V, изобщо не ограничава движенията им. Рано или късно зеленият крак докосва края на актиновата нишка и се прикрепя към него. Мястото, където ще се прикрепи към тетивата (и следователно дължината на крачката) се определя изцяло от фиксирания наклон на синия крак.

В експеримента търсенето на актиновата нишка със свободния крак на миозин V отне няколко секунди; в жива клетка това очевидно се случва по-бързо, тъй като там миозинът ходи без тежести на краката си. Тежестите - например вътреклетъчни везикули, заобиколени от мембрани - не са прикрепени към краката, а към тази част от молекулата, която е изобразена като "опашка" на фигурата.