Leteći hod: šta se dešava sa proteinom unutar žive ćelije

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Mnogi ni ne slute koliko se zaista čudesni procesi odvijaju u nama. Predlažem da pogledate dalje u mikroskopski svijet, koji ste uspjeli vidjeti tek pojavom najnovijih elektronskih mikroskopa nove generacije.

Japanski istraživači su još 2007. godine mogli pod mikroskopom da posmatraju rad jednog od "molekularnih motora" žive ćelije - hodajućeg proteina miozina V, koji se može aktivno kretati duž aktinskih vlakana i povlačiti utege koji su za njega pričvršćeni. Svaki korak miozina V počinje činjenicom da je jedna njegova "noga" (leđa) odvojena od aktinskog filamenta. Zatim se druga noga savija naprijed, a prva se slobodno rotira na "šarku" koji povezuje krakove molekula, sve dok slučajno ne dodirne aktinski filament. Krajnji rezultat haotičnog kretanja prve noge ispada strogo određen zbog fiksnog položaja druge.

Hajde da saznamo više o ovome…

… kinesin hoda ovako

Svi aktivni pokreti koje izvode živi organizmi (od kretanja hromozoma tokom diobe ćelije do mišićnih kontrakcija) temelje se na radu "molekularnih motora" - proteinskih kompleksa, čiji se dijelovi mogu kretati jedni prema drugima. U višim organizmima najvažniji od molekularnih motora su molekuli miozina različitih tipova (I, II, III, itd., do XVII), koji su u stanju da se aktivno kreću duž aktinskih vlakana.

Mnogi "molekularni motori", uključujući miozin V, koriste princip hodanja. Kreću se u diskretnim koracima približno iste dužine, a naizmjenično je jedna ili druga od dvije "noge" molekula ispred. Međutim, mnogi detalji ovog procesa ostaju nejasni.

Istraživači na Odsjeku za fiziku Univerziteta Waseda u Tokiju razvili su tehniku koja vam omogućava da posmatrate rad miozina V u realnom vremenu pod mikroskopom. Da bi to uradili, konstruisali su modifikovani miozin V, u kojem osovine nogu imaju svojstvo da se čvrsto "lepe" za mikrotubule tubulina.

Dodavanjem fragmenata mikrotubula u rastvor modifikovanog miozina V, naučnici su dobili nekoliko kompleksa u kojima se komadić mikrotubula zalepio samo za jednu nogu miozina V, dok je druga ostala slobodna. Ovi kompleksi su zadržali sposobnost "hodanja" duž aktinskih vlakana, a njihovo kretanje se moglo uočiti, budući da su fragmenti mikrotubula mnogo veći od samog miozina, a osim toga, bili su označeni fluorescentnim oznakama. U ovom slučaju korištena su dva eksperimentalna dizajna: u jednom slučaju, aktinsko vlakno je fiksirano u prostoru, a promatranja su vršena nad kretanjem fragmenta mikrotubula, au drugom je fiksirana mikrotubula i kretanjem mikrotubula. uočen je fragment aktinskog vlakna.

Kao rezultat toga, "hod" miozina V je proučavan veoma detaljno (vidi prvu sliku). Svaki korak počinje tako što se „zadnji” krak miozina odvaja od aktinskog vlakna. Tada se ta noga, koja ostaje vezana za vlakno, naglo naginje naprijed. U tom trenutku se troši energija (dolazi do hidrolize ATP-a). Nakon toga, "slobodna" noga (zelena na slikama) počinje haotično da visi na šarki. Ovo nije ništa drugo do Brownovsko kretanje. Istovremeno, uzgred, naučnici su po prvi put uspeli da pokažu da šarka koja povezuje noge miozina V uopšte ne ograničava njihove pokrete. Prije ili kasnije, zelena noga dodirne kraj aktinskog filamenta i pričvrsti se za njega. Mjesto na kojem će se pričvrstiti za tetivu (a samim tim i dužina koraka) u potpunosti je određeno fiksnim nagibom plave noge.

U eksperimentu je potraga za aktinskim filamentom sa slobodnim krakom miozina V trajala nekoliko sekundi; u živoj ćeliji, to se očigledno dešava brže, jer tamo miozin hoda bez utega na nogama. Utezi - na primjer, unutarćelijske vezikule okružene membranama - nisu pričvršćene za noge, već za onaj dio molekule koji je na slici prikazan kao "rep".