Skraidanti eisena: kas atsitinka su baltymu gyvoje ląstelėje

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Daugelis net neįtaria, kokie išties nuostabūs procesai vyksta mūsų viduje. Siūlau toliau pažvelgti į mikroskopinį pasaulį, kurį pavyko pamatyti tik atsiradus naujausiems naujos kartos elektroniniams mikroskopams.

Dar 2007 metais japonų mokslininkai sugebėjo pro mikroskopą stebėti vieno iš gyvos ląstelės „molekulinių variklių“– vaikščiojančio baltymo miozino V, kuris gali aktyviai judėti aktino skaidulomis ir tempti prie jo prisirišusius svorius, darbą. Kiekvienas miozino V žingsnis prasideda tuo, kad viena iš jo „kojų“(nugara) yra atskirta nuo aktino gijos. Tada antroji koja pasilenkia į priekį, o pirmoji laisvai sukasi ant „vyrio“, jungiančio molekulės kojeles, kol netyčia paliečia aktino siūlą. Galutinis chaotiško pirmosios kojos judesio rezultatas pasirodo griežtai nulemtas dėl fiksuotos antrosios padėties.

Sužinokime daugiau apie tai…

… kinesinas taip vaikšto

Bet kokie gyvų organizmų atliekami aktyvūs judesiai (nuo chromosomų judėjimo ląstelių dalijimosi metu iki raumenų susitraukimų) yra pagrįsti „molekulinių variklių“– baltymų kompleksų, kurių dalys gali judėti viena kitos atžvilgiu, darbu. Aukštesniuosiuose organizmuose svarbiausi iš molekulinių variklių yra įvairių tipų (I, II, III ir kt., iki XVII) miozino molekulės, gebančios aktyviai judėti aktino skaidulomis.

Daugelis „molekulinių variklių“, įskaitant mioziną V, naudoja vaikščiojimo judesio principą. Jie juda diskrečiais maždaug vienodo ilgio žingsneliais, o pakaitomis viena ar kita iš dviejų molekulės „kojų“yra priekyje. Tačiau daugelis šio proceso detalių lieka neaiškios.

Tokijo Vasedos universiteto Fizikos katedros mokslininkai sukūrė metodą, leidžiantį stebėti miozino V darbą realiu laiku pro mikroskopą. Tam jie sukonstravo modifikuotą mioziną V, kuriame kojų kotai turi savybę tvirtai „prilipti“prie tubulino mikrovamzdelių.

Į modifikuoto miozino V tirpalą pridėję mikrovamzdelių fragmentų, mokslininkai gavo kelis kompleksus, kuriuose mikrotubulo gabalėlis prilipo tik prie vienos miozino V kojelės, o kita liko laisva. Šie kompleksai išlaikė galimybę „vaikščioti“išilgai aktino skaidulų, buvo galima stebėti jų judėjimą, nes mikrotubulių fragmentai yra daug didesni nei pats miozinas, be to, jie buvo pažymėti fluorescencinėmis etiketėmis. Šiuo atveju buvo naudojami du eksperimentiniai projektai: vienu atveju aktino pluoštas buvo užfiksuotas erdvėje, o stebėjimai buvo atliekami per mikrotubulo fragmento judėjimą, o antruoju atveju buvo užfiksuotas mikrovamzdelis ir judėjimas. buvo pastebėtas aktino skaidulų fragmentas.

Dėl to miozino V „eiga“buvo labai išsamiai ištirta (žr. pirmąjį paveikslą). Kiekvienas žingsnis prasideda „galinės“miozino kojos atsiskyrimu nuo aktino skaidulų. Tada ta koja, kuri lieka prisirišusi prie pluošto, smarkiai palinksta į priekį. Būtent šiuo momentu sunaudojama energija (vyksta ATP hidrolizė). Po to „laisva“koja (paveikslėliuose žalia) pradeda chaotiškai kabėti ant vyrio. Tai ne kas kita, kaip Browno judesys. Tuo pačiu metu, beje, mokslininkams pirmą kartą pavyko parodyti, kad miozino V kojas jungiantis vyris visiškai nevaržo jų judesių. Anksčiau ar vėliau žalia koja paliečia aktino gijos galą ir prie jo prisitvirtina. Vieta, kur ji bus pritvirtinta prie virvelės (taigi ir žingsnio ilgis), visiškai priklauso nuo fiksuoto mėlynos kojos pasvirimo.

Eksperimento metu aktino gijos paieška su laisva miozino V koja užtruko kelias sekundes; gyvoje ląstelėje tai įvyksta greičiau, nes ten miozinas vaikšto be svarmenų ant kojų. Svareliai – pavyzdžiui, tarpląstelinės pūslelės, apsuptos membranomis – pritvirtintos ne prie kojų, o prie tos molekulės dalies, kuri paveiksle pavaizduota kaip „uodega“.