Létající chůze: co se stane s bílkovinou uvnitř živé buňky

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Mnozí ani netuší, jak skutečně úžasné procesy v nás probíhají. Navrhuji, abyste se podívali dále na mikroskopický svět, který se vám podařilo vidět až s příchodem nejnovější nové generace elektronových mikroskopů.

Ještě v roce 2007 byli japonští vědci schopni pod mikroskopem pozorovat práci jednoho z „molekulárních motorů“živé buňky – kráčejícího proteinu myosin V, který se může aktivně pohybovat po aktinových vláknech a přetahovat závaží k němu připojená. Každý krok myosinu V začíná tím, že jedna z jeho „noh“(záda) je oddělena od aktinového vlákna. Pak se druhá noha ohne dopředu a první se volně otáčí na "pantu" spojujícím nohy molekuly, dokud se náhodou nedotkne aktinového vlákna. Konečný výsledek chaotického pohybu první nohy se ukazuje být přísně určen kvůli pevné poloze druhé.

Pojďme se o tom dozvědět více…

… kinesin chodí takhle

Jakékoli aktivní pohyby prováděné živými organismy (od pohybu chromozomů při dělení buněk až po svalové kontrakce) jsou založeny na práci „molekulárních motorů“– proteinových komplexů, jejichž části jsou schopny se vůči sobě navzájem pohybovat. U vyšších organismů jsou z molekulárních motorů nejdůležitější molekuly myosinu různých typů (I, II, III atd. až XVII), které jsou schopny se aktivně pohybovat po aktinových vláknech.

Mnoho „molekulárních motorů“, včetně myosinu V, využívá principu chůze. Pohybují se v diskrétních krocích přibližně stejné délky a střídavě je jedna nebo druhá ze dvou „noh“molekuly vpředu. Mnoho detailů tohoto procesu však zůstává nejasných.

Vědci z katedry fyziky Waseda University v Tokiu vyvinuli techniku, která umožňuje pozorovat práci myosinu V v reálném čase pod mikroskopem. K tomu zkonstruovali modifikovaný myosin V, ve kterém mají dříky nohou tu vlastnost, že se pevně „přilepí“k tubulinovým mikrotubulům.

Přidáním fragmentů mikrotubulů do roztoku modifikovaného myosinu V získali vědci několik komplexů, ve kterých kousek mikrotubulu přilnul pouze k jedné noze myosinu V, zatímco druhá zůstala volná. Tyto komplexy si zachovaly schopnost "chodit" po aktinových vláknech a bylo možné pozorovat jejich pohyby, protože fragmenty mikrotubulů jsou mnohem větší než samotný myosin a navíc byly označeny fluorescenčními značkami. V tomto případě byly použity dva experimentální návrhy: v jednom případě bylo aktinové vlákno fixováno v prostoru a pozorování byla prováděna přes pohyb fragmentu mikrotubulu a ve druhém případě byl fixován mikrotubul a pohyb mikrotubulu. byl pozorován fragment aktinového vlákna.

V důsledku toho byla „chůze“myosinu V studována velmi podrobně (viz první obrázek). Každý krok začíná oddělením „zadní“nohy myosinu od aktinového vlákna. Pak se ta noha, která zůstane připojená k vláknu, prudce nakloní dopředu. V tomto okamžiku se spotřebovává energie (dochází k hydrolýze ATP). Poté začne „volná“noha (na obrázcích zelená) chaoticky viset na pantu. Není to nic jiného než Brownův pohyb. Mimochodem, vědci byli mimochodem schopni poprvé prokázat, že závěs spojující nohy myosinu V je vůbec neomezuje v pohybu. Dříve nebo později se zelená noha dotkne konce aktinového vlákna a připojí se k němu. Místo, kde se přichytí na strunu (a tedy i délka kroku), je zcela dáno pevným sklonem modré nohy.

V experimentu trvalo hledání aktinového vlákna volnou nohou myosinu V několik sekund; v živé buňce k tomu zjevně dochází rychleji, protože tam myosin chodí bez závaží na nohou. Závaží - například intracelulární vezikuly obklopené membránami - nejsou připevněny k nohám, ale k té části molekuly, která je na obrázku znázorněna jako "ocásek".