Flyvende gang: hvad sker der med proteinet inde i en levende celle

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Mange har ikke engang mistanke om, hvor virkelig fantastiske processer der foregår inde i os. Jeg foreslår, at du ser videre på den mikroskopiske verden, som du kun nåede at se med fremkomsten af den seneste nye generation af elektronmikroskoper.

Tilbage i 2007 var japanske forskere i stand til under et mikroskop at observere arbejdet i en af de "molekylære motorer" i en levende celle - det gående protein myosin V, som aktivt kan bevæge sig langs aktinfibrene og trække de vægte, der er knyttet til det. Hvert trin af myosin V begynder med det faktum, at et af dets "ben" (bagsiden) er adskilt fra actinfilamentet. Derefter bøjer det andet ben fremad, og det første roterer frit på "hængslet", der forbinder molekylets ben, indtil det ved et uheld berører aktinfilamentet. Slutresultatet af den kaotiske bevægelse af det første ben viser sig at være strengt bestemt på grund af den faste position af det andet.

Lad os finde ud af mere om dette…

… kinesin går sådan her

Alle aktive bevægelser udført af levende organismer (fra bevægelse af kromosomer under celledeling til muskelsammentrækninger) er baseret på arbejdet fra "molekylære motorer" - proteinkomplekser, hvoraf dele er i stand til at bevæge sig i forhold til hinanden. I højere organismer er de vigtigste af de molekylære motorer myosinmolekyler af forskellige typer (I, II, III osv., op til XVII), som er i stand til aktivt at bevæge sig langs aktinfibrene.

Mange "molekylære motorer", herunder myosin V, bruger princippet om gåbevægelse. De bevæger sig i adskilte trin af omtrent samme længde, og skiftevis er det ene eller det andet af molekylets to "ben" foran. Mange detaljer om denne proces er dog stadig uklare.

Forskere ved Institut for Fysik, Waseda University i Tokyo har udviklet en teknik, der giver dig mulighed for at observere arbejdet med myosin V i realtid under et mikroskop. For at gøre dette konstruerede de et modificeret myosin V, hvor benskafterne har den egenskab, at de fast "klæber" til tubulin mikrotubuli.

Ved at tilføje fragmenter af mikrotubuli til opløsningen af modificeret myosin V opnåede forskerne flere komplekser, hvor et stykke af en mikrotubuli kun klæbede til det ene ben af myosin V, mens det andet forblev frit. Disse komplekser bevarede evnen til at "gå" langs aktinfibrene, og deres bevægelser kunne observeres, da fragmenterne af mikrotubuli er meget større end myosin selv, og desuden var de mærket med fluorescerende mærker. I dette tilfælde blev der brugt to eksperimentelle designs: I det ene tilfælde blev en aktinfiber fikseret i rummet, og observationerne blev udført over bevægelsen af et mikrotubulifragment, og i det andet blev en mikrotubuli fikseret og bevægelsen af en actinfiberfragment blev observeret.

Som et resultat blev "gangen" af myosin V studeret meget detaljeret (se den første figur). Hvert trin begynder med det "bagerste" ben af myosin, der adskilles fra aktinfiberen. Så læner det ben, som forbliver fastgjort til fiberen, skarpt fremad. Det er i dette øjeblik, at energi forbruges (ATP-hydrolyse forekommer). Derefter begynder det "frie" ben (grønt på figurerne) at dingle kaotisk på hængslet. Dette er intet andet end Brownsk bevægelse. Samtidig kunne forskerne for første gang vise, at hængslet, der forbinder benene på myosin V, slet ikke begrænser deres bevægelser. Før eller siden rører det grønne ben enden af aktinfilamentet og fæstner sig til det. Det sted, hvor det vil fæstne sig til snoren (og derfor skridtlængden) er helt bestemt af det blå bens faste hældning.

I eksperimentet tog søgningen efter actin-filamentet med det frie ben af myosin V flere sekunder; i en levende celle sker dette tilsyneladende hurtigere, da myosin der går uden vægte på benene. Vægte - for eksempel intracellulære vesikler omgivet af membraner - er ikke fastgjort til benene, men til den del af molekylet, som er afbildet som en "hale" i figuren.