Lentävä kävely: mitä tapahtuu proteiinille elävän solun sisällä

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Monet eivät edes epäile, kuinka todella hämmästyttäviä prosesseja tapahtuu sisällämme. Suosittelen, että katsot tarkemmin mikroskooppista maailmaa, jonka onnistuit näkemään vasta uusimpien uuden sukupolven elektronimikroskooppien myötä.

Vuonna 2007 japanilaiset tutkijat pystyivät tarkkailemaan mikroskoopilla yhden elävän solun "molekyylimoottorin" - kävelevän proteiinin myosiini V:n - työtä, joka voi liikkua aktiivisesti aktiinikuituja pitkin ja vetää siihen kiinnitettyjä painoja. Jokainen myosiini V:n vaihe alkaa siitä, että yksi sen "jaloista" (selkä) on erotettu aktiinifilamentista. Sitten toinen jalka taipuu eteenpäin ja ensimmäinen pyörii vapaasti molekyylin jalkoja yhdistävän "saranan" päällä, kunnes se vahingossa koskettaa aktiinifilamenttia. Ensimmäisen jalan kaoottisen liikkeen lopputulos osoittautuu tiukasti määrätyksi toisen kiinteän asennon vuoksi.

Otetaan lisää tästä…

… kinesin kävelee näin

Kaikki elävien organismien suorittamat aktiiviset liikkeet (kromosomien liikkeestä solun jakautumisen aikana lihasten supistuksiin) perustuvat "molekyylimoottorien" - proteiinikompleksien - työhön, joiden osat pystyvät liikkumaan suhteessa toisiinsa. Korkeammissa organismeissa tärkeimmät molekyylimoottorit ovat erityyppiset myosiinimolekyylit (I, II, III jne. XVII asti), jotka pystyvät liikkumaan aktiivisesti aktiinikuituja pitkin.

Monet "molekyylimoottorit", mukaan lukien myosiini V, käyttävät kävelyliikkeen periaatetta. Ne liikkuvat erillisinä, suunnilleen samanpituisin askelin, ja vuorotellen toinen tai toinen molekyylin kahdesta "jalasta" on edessä. Monet tämän prosessin yksityiskohdat ovat kuitenkin epäselviä.

Tokion Wasedan yliopiston fysiikan laitoksen tutkijat ovat kehittäneet tekniikan, jonka avulla voit tarkkailla myosiini V:n toimintaa reaaliajassa mikroskoopin alla. Tätä varten he rakensivat modifioidun myosiini V:n, jossa jalkojen varret voivat "kiinni" lujasti tubuliinin mikrotubuluksiin.

Lisäämällä mikrotubulusten fragmentteja modifioidun myosiini V:n liuokseen tiedemiehet saivat useita komplekseja, joissa mikrotubuluksen pala kiinnittyi vain myosiini V:n toiseen jalkaan, kun taas toinen pysyi vapaana. Nämä kompleksit säilyttivät kyvyn "kävellä" aktiinikuituja pitkin, ja niiden liikkeet voitiin havaita, koska mikrotubulusten fragmentit ovat paljon suurempia kuin itse myosiini, ja lisäksi ne leimattiin fluoresoivilla leimoilla. Tässä tapauksessa käytettiin kahta kokeellista mallia: yhdessä tapauksessa aktiinikuitu kiinnitettiin avaruuteen ja havainnot suoritettiin mikrotubulusfragmentin liikkeen yli ja toisessa kiinnitettiin mikrotubulus ja liikkui havaittiin aktiinikuitufragmentti.

Tämän seurauksena myosiini V:n "kävelyä" tutkittiin erittäin yksityiskohtaisesti (katso ensimmäinen kuva). Jokainen vaihe alkaa myosiinin "takahaaralla", joka erottuu aktiinikuidusta. Sitten se jalka, joka pysyy kiinni kuidussa, nojaa jyrkästi eteenpäin. Juuri tällä hetkellä energiaa kulutetaan (ATP-hydrolyysi tapahtuu). Sen jälkeen "vapaa" jalka (vihreä kuvissa) alkaa roikkua kaoottisesti saranassa. Tämä ei ole muuta kuin Brownin liikettä. Samalla muuten tiedemiehet pystyivät osoittamaan ensimmäistä kertaa, että myosiini V:n jalkoja yhdistävä sarana ei rajoita niiden liikkeitä ollenkaan. Ennemmin tai myöhemmin vihreä jalka koskettaa aktiinifilamentin päätä ja kiinnittyy siihen. Paikka, jossa se kiinnittyy naruun (ja siten askelpituus), määräytyy täysin sinisen jalan kiinteän kaltevuuden mukaan.

Kokeessa aktiinifilamentin etsintä myosiini V:n vapaalla haaralla kesti useita sekunteja; elävässä solussa tämä tapahtuu ilmeisesti nopeammin, koska siellä myosiini kävelee ilman painoja jaloissaan. Painot - esimerkiksi kalvojen ympäröimät solunsisäiset rakkulat - eivät ole kiinnittyneet jalkoihin, vaan molekyylin siihen osaan, joka on kuvattu kuvassa "häntänä".