Πετώντας βάδισμα: τι συμβαίνει με την πρωτεΐνη μέσα σε ένα ζωντανό κύτταρο

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Πολλοί δεν υποψιάζονται καν πόσο πραγματικά εκπληκτικές διεργασίες συμβαίνουν μέσα μας. Σας προτείνω να κοιτάξετε περαιτέρω τον μικροσκοπικό κόσμο, τον οποίο καταφέρατε να δείτε μόνο με την εμφάνιση των τελευταίων ηλεκτρονικών μικροσκοπίων νέας γενιάς.

Το 2007, Ιάπωνες ερευνητές μπόρεσαν να παρατηρήσουν κάτω από ένα μικροσκόπιο το έργο ενός από τους «μοριακούς κινητήρες» ενός ζωντανού κυττάρου - της περιπατητικής πρωτεΐνης μυοσίνης V, η οποία μπορεί να κινείται ενεργά κατά μήκος των ινών ακτίνης και να σύρει τα βάρη που συνδέονται με αυτήν. Κάθε βήμα της μυοσίνης V ξεκινά με το γεγονός ότι ένα από τα «πόδια» της (πλάτη) διαχωρίζεται από το νήμα της ακτίνης. Στη συνέχεια, το δεύτερο πόδι κάμπτεται προς τα εμπρός και το πρώτο περιστρέφεται ελεύθερα στον "άρθρωση" που συνδέει τα πόδια του μορίου, μέχρι να αγγίξει κατά λάθος το νήμα της ακτίνης. Το τελικό αποτέλεσμα της χαοτικής κίνησης του πρώτου σκέλους αποδεικνύεται αυστηρά καθορισμένο λόγω της σταθερής θέσης του δεύτερου.

Ας μάθουμε περισσότερα για αυτό…

… το kinesin περπατάει έτσι

Οποιεσδήποτε ενεργές κινήσεις που εκτελούνται από ζωντανούς οργανισμούς (από την κίνηση των χρωμοσωμάτων κατά τη διαίρεση των κυττάρων έως τις συσπάσεις των μυών) βασίζονται στο έργο των "μοριακών κινητήρων" - συμπλέγματα πρωτεϊνών, μέρη των οποίων μπορούν να κινούνται μεταξύ τους. Σε ανώτερους οργανισμούς, οι πιο σημαντικοί από τους μοριακούς κινητήρες είναι μόρια μυοσίνης διαφόρων τύπων (I, II, III, κ.λπ., μέχρι XVII), τα οποία είναι σε θέση να κινούνται ενεργά κατά μήκος των ινών ακτίνης.

Πολλοί «μοριακοί κινητήρες», συμπεριλαμβανομένης της μυοσίνης V, χρησιμοποιούν την αρχή της κίνησης βαδίσματος. Κινούνται σε διακριτά βήματα του ίδιου περίπου μήκους και εναλλάξ το ένα ή το άλλο από τα δύο «πόδια» του μορίου είναι μπροστά. Ωστόσο, πολλές λεπτομέρειες αυτής της διαδικασίας παραμένουν ασαφείς.

Ερευνητές στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Waseda στο Τόκιο ανέπτυξαν μια τεχνική που σας επιτρέπει να παρατηρήσετε το έργο της μυοσίνης V σε πραγματικό χρόνο κάτω από ένα μικροσκόπιο. Για να γίνει αυτό, κατασκεύασαν μια τροποποιημένη μυοσίνη V, στην οποία οι άξονες των ποδιών έχουν την ιδιότητα να «κολλάνε» σταθερά στους μικροσωληνίσκους τουμπουλίνης.

Προσθέτοντας θραύσματα μικροσωληνίσκων στο διάλυμα της τροποποιημένης μυοσίνης V, οι επιστήμονες έλαβαν πολλά σύμπλοκα στα οποία ένα κομμάτι μικροσωληνίσκου προσκολλήθηκε μόνο στο ένα σκέλος της μυοσίνης V, ενώ το άλλο παρέμενε ελεύθερο. Αυτά τα σύμπλοκα διατήρησαν την ικανότητα να "περπατούν" κατά μήκος των ινών ακτίνης και οι κινήσεις τους μπορούσαν να παρατηρηθούν, καθώς τα θραύσματα των μικροσωληνίσκων είναι πολύ μεγαλύτερα από την ίδια τη μυοσίνη και, επιπλέον, επισημάνθηκαν με φθορίζουσες ετικέτες. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιήθηκαν δύο πειραματικά σχέδια: στη μία περίπτωση, μια ίνα ακτίνης στερεώθηκε στο διάστημα και οι παρατηρήσεις πραγματοποιήθηκαν πάνω από την κίνηση ενός θραύσματος μικροσωληνίσκου και στη δεύτερη, ένας μικροσωληνίσκος στερεώθηκε και η κίνηση ενός παρατηρήθηκε θραύσμα ίνας ακτίνης.

Ως αποτέλεσμα, το «βάδισμα» της μυοσίνης V μελετήθηκε με μεγάλη λεπτομέρεια (βλ. το πρώτο σχήμα). Κάθε βήμα ξεκινά με το «πίσω» πόδι της μυοσίνης που διαχωρίζεται από την ίνα ακτίνης. Στη συνέχεια, αυτό το πόδι, που παραμένει προσκολλημένο στην ίνα, γέρνει απότομα προς τα εμπρός. Αυτή τη στιγμή καταναλώνεται ενέργεια (συμβαίνει υδρόλυση ATP). Μετά από αυτό, το "ελεύθερο" πόδι (πράσινο στις φιγούρες) αρχίζει να κρέμεται χαοτικά στον μεντεσέ. Αυτό δεν είναι τίποτα άλλο από την κίνηση Brown. Ταυτόχρονα, παρεμπιπτόντως, οι επιστήμονες μπόρεσαν να δείξουν για πρώτη φορά ότι η άρθρωση που συνδέει τα πόδια της μυοσίνης V δεν περιορίζει καθόλου τις κινήσεις τους. Αργά ή γρήγορα, το πράσινο πόδι αγγίζει το άκρο του νήματος ακτίνης και προσκολλάται σε αυτό. Το μέρος όπου θα προσκολληθεί στη χορδή (και επομένως το μήκος του διασκελισμού) καθορίζεται εξ ολοκλήρου από τη σταθερή κλίση του μπλε ποδιού.

Στο πείραμα, η αναζήτηση για το νήμα ακτίνης με το ελεύθερο σκέλος της μυοσίνης V διήρκεσε αρκετά δευτερόλεπτα. σε ένα ζωντανό κύτταρο, αυτό προφανώς συμβαίνει πιο γρήγορα, αφού εκεί η μυοσίνη περπατά χωρίς βάρη στα πόδια της. Τα βάρη - για παράδειγμα, ενδοκυτταρικά κυστίδια που περιβάλλονται από μεμβράνες - δεν συνδέονται με τα πόδια, αλλά σε εκείνο το τμήμα του μορίου, το οποίο απεικονίζεται ως «ουρά» στο σχήμα.