Latający chód: co dzieje się z białkiem w żywej komórce

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Wielu nawet nie podejrzewa, jak naprawdę niesamowite procesy zachodzą w nas. Proponuję spojrzeć dalej w mikroskopijny świat, który udało się zobaczyć dopiero wraz z pojawieniem się najnowszej generacji mikroskopów elektronowych.

W 2007 roku japońscy naukowcy mogli obserwować pod mikroskopem pracę jednego z „silników molekularnych” żywej komórki – chodzącego białka miozyny V, które może aktywnie poruszać się wzdłuż włókien aktynowych i przeciągać przyczepione do niego ciężarki. Każdy etap miozyny V zaczyna się od tego, że jedna z jej „nóg” (tył) jest oddzielona od filamentu aktynowego. Następnie druga noga wygina się do przodu, a pierwsza obraca się swobodnie na „zawiasie” łączącym nogi cząsteczki, aż przypadkowo dotknie włókna aktynowego. Wynik końcowy chaotycznego ruchu pierwszej nogi okazuje się ściśle określony ze względu na stałą pozycję drugiej.

Dowiedzmy się więcej o tym …

… kinezyna chodzi w ten sposób

Wszelkie aktywne ruchy wykonywane przez żywe organizmy (od ruchu chromosomów podczas podziału komórki po skurcze mięśni) opierają się na pracy „motorów molekularnych” – kompleksów białkowych, których części są w stanie poruszać się względem siebie. W organizmach wyższych najważniejszymi motorami molekularnymi są różne typy cząsteczek miozyny (I, II, III itd., aż do XVII), które są w stanie aktywnie poruszać się wzdłuż włókien aktynowych.

Wiele „silników molekularnych”, w tym miozyna V, wykorzystuje zasadę ruchu chodu. Poruszają się dyskretnymi krokami mniej więcej tej samej długości i naprzemiennie jedna lub druga z dwóch „nóg” cząsteczki znajduje się z przodu. Jednak wiele szczegółów tego procesu pozostaje niejasnych.

Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Waseda w Tokio opracowali technikę, która pozwala obserwować pracę miozyny V w czasie rzeczywistym pod mikroskopem. W tym celu skonstruowali zmodyfikowaną miozynę V, w której trzony nóg mają właściwość silnego „przyklejania się” do mikrotubul tubulinowych.

Dodając fragmenty mikrotubul do roztworu modyfikowanej miozyny V, naukowcy uzyskali kilka kompleksów, w których kawałek mikrotubuli przylegał tylko do jednej nogi miozyny V, podczas gdy druga pozostawała wolna. Kompleksy te zachowały zdolność „chodzenia” wzdłuż włókien aktynowych, a ich ruchy można było zaobserwować, ponieważ fragmenty mikrotubul są znacznie większe niż sama miozyna, a ponadto zostały oznakowane znacznikami fluorescencyjnymi. W tym przypadku zastosowano dwa projekty eksperymentalne: w jednym przypadku umocowano włókno aktynowe w przestrzeni i prowadzono obserwacje ruchu fragmentu mikrotubuli, a w drugim mikrotubulę umocowano i ruch Zaobserwowano fragment włókna aktynowego.

W rezultacie bardzo szczegółowo zbadano „chód” miozyny V (patrz pierwszy rysunek). Każdy krok zaczyna się od oddzielenia „tylnej” odnogi miozyny od włókna aktynowego. Następnie ta noga, która pozostaje przymocowana do włókna, pochyla się ostro do przodu. To w tym momencie zużywana jest energia (zachodzi hydroliza ATP). Następnie „wolna” noga (zielona na rysunkach) zaczyna chaotycznie wisieć na zawiasie. To nic innego jak ruch Browna. Jednocześnie, nawiasem mówiąc, naukowcom udało się po raz pierwszy wykazać, że zawias łączący nogi miozyny V w ogóle nie ogranicza ich ruchów. Prędzej czy później zielona noga dotyka końca włókna aktynowego i przyczepia się do niego. Miejsce, w którym przyczepi się do sznurka (a tym samym długość kroku) jest całkowicie określone przez stałe nachylenie niebieskiej nogi.

W eksperymencie poszukiwanie filamentu aktynowego z wolną nogą miozyny V trwało kilka sekund; w żywej komórce dzieje się to najwyraźniej szybciej, ponieważ tam miozyna chodzi bez ciężarów na nogach. Ciężarki - na przykład pęcherzyki wewnątrzkomórkowe otoczone błonami - nie są przyczepione do nóg, ale do tej części cząsteczki, która na rysunku jest przedstawiona jako „ogon”.