Mersul zburător: ce se întâmplă cu proteina din interiorul unei celule vii

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Mulți nici măcar nu bănuiesc cât de procese cu adevărat uimitoare au loc în interiorul nostru. Vă sugerez să priviți mai departe lumea microscopică, pe care ați reușit să o vedeți doar odată cu apariția celor mai recente microscoape electronice de nouă generație.

În 2007, cercetătorii japonezi au putut observa la microscop activitatea unuia dintre „motoarele moleculare” ale unei celule vii - proteina miozina V, care se poate mișca activ de-a lungul fibrelor de actină și poate trage greutățile atașate de ea. Fiecare pas al miozinei V începe cu faptul că unul dintre „picioarele” sale (spatele) este separat de filamentul de actină. Apoi al doilea picior se îndoaie înainte, iar primul se rotește liber pe „balamaua” care leagă picioarele moleculei, până când atinge accidental filamentul de actină. Rezultatul final al mișcării haotice a primului picior se dovedește a fi strict determinat datorită poziției fixe a celui de-al doilea.

Să aflăm mai multe despre asta…

… kinesin merge așa

Orice mișcare activă efectuată de organismele vii (de la mișcarea cromozomilor în timpul diviziunii celulare până la contracțiile musculare) se bazează pe munca „motoarelor moleculare” - complexe proteice, părți ale cărora se pot deplasa unele față de altele. În organismele superioare, cele mai importante dintre motoarele moleculare sunt moleculele de miozină de diferite tipuri (I, II, III etc., până la XVII), care sunt capabile să se deplaseze activ de-a lungul fibrelor de actină.

Multe „motoare moleculare”, inclusiv miozina V, folosesc principiul mișcării mersului. Se mișcă în trepte discrete de aproximativ aceeași lungime, iar alternativ unul sau altul dintre cele două „picioare” ale moleculei se află în față. Cu toate acestea, multe detalii ale acestui proces rămân neclare.

Cercetătorii de la Departamentul de Fizică, Universitatea Waseda din Tokyo au dezvoltat o tehnică care vă permite să observați activitatea miozinei V în timp real la microscop. Pentru a face acest lucru, au construit o miozină V modificată, în care arborii picioarelor au proprietatea de a „lipi” ferm de microtubulii de tubulină.

Adăugând fragmente de microtubuli la soluția de miozină V modificată, oamenii de știință au obținut mai multe complexe în care o bucată de microtubul a aderat doar la un picior de miozină V, în timp ce celălalt a rămas liber. Aceste complexe au păstrat capacitatea de a „mergi” de-a lungul fibrelor de actină, iar mișcările lor au putut fi observate, deoarece fragmentele de microtubuli sunt mult mai mari decât miozina în sine și, în plus, au fost marcate cu etichete fluorescente. În acest caz, au fost utilizate două modele experimentale: într-un caz, o fibră de actină a fost fixată în spațiu, iar observațiile au fost efectuate asupra mișcării unui fragment de microtubul, iar în al doilea, a fost fixat un microtubul și mișcarea unui s-a observat fragment de fibră de actină.

Ca urmare, „mersul” miozinei V a fost studiat în detaliu (a se vedea prima figură). Fiecare pas începe cu piciorul „spate” al miozinei care se separă de fibra de actină. Apoi acel picior, care rămâne atașat de fibră, se aplecă brusc înainte. În acest moment se consumă energie (se produce hidroliza ATP). După aceea, piciorul „liber” (verde în cifre) începe să atârne haotic pe balama. Aceasta nu este altceva decât mișcare browniană. În același timp, apropo, oamenii de știință au reușit să demonstreze pentru prima dată că balamaua care leagă picioarele miozinei V nu le restricționează deloc mișcările. Mai devreme sau mai târziu, piciorul verde atinge capătul filamentului de actină și se atașează de el. Locul în care se va atașa de sfoară (și, prin urmare, lungimea pasului) este în întregime determinat de înclinația fixă a piciorului albastru.

În experiment, căutarea filamentului de actină cu piciorul liber al miozinei V a durat câteva secunde; într-o celulă vie, acest lucru se întâmplă aparent mai repede, deoarece acolo miozina merge fără greutăți pe picioare. Greutățile - de exemplu, veziculele intracelulare înconjurate de membrane - nu sunt atașate de picioare, ci de acea parte a moleculei, care este descrisă ca o „coadă” în figură.