Gaya terbang: apa yang berlaku kepada protein di dalam sel hidup

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Ramai yang tidak mengesyaki betapa hebatnya proses yang berlaku dalam diri kita. Saya cadangkan anda melihat lebih jauh ke dunia mikroskopik, yang anda berjaya lihat hanya dengan kemunculan mikroskop elektron generasi baharu yang terkini.

Kembali pada tahun 2007, penyelidik Jepun dapat memerhatikan di bawah mikroskop kerja salah satu "motor molekul" sel hidup - protein berjalan myosin V, yang boleh bergerak secara aktif di sepanjang gentian aktin dan menyeret pemberat yang melekat padanya. Setiap langkah myosin V bermula dengan fakta bahawa salah satu "kaki"nya (belakang) dipisahkan daripada filamen aktin. Kemudian kaki kedua membongkok ke hadapan, dan yang pertama bebas berputar pada "engsel" yang menyambungkan kaki molekul, sehingga ia secara tidak sengaja menyentuh filamen aktin. Hasil akhir pergerakan kacau pada kaki pertama ternyata ditentukan dengan ketat kerana kedudukan tetap kedua.

Mari kita ketahui lebih lanjut tentang ini…

… kinesin berjalan seperti ini

Sebarang pergerakan aktif yang dilakukan oleh organisma hidup (dari pergerakan kromosom semasa pembahagian sel kepada pengecutan otot) adalah berdasarkan kerja "motor molekul" - kompleks protein, bahagiannya dapat bergerak secara relatif antara satu sama lain. Dalam organisma yang lebih tinggi, motor molekul yang paling penting ialah molekul myosin dari pelbagai jenis (I, II, III, dll., sehingga XVII), yang mampu bergerak secara aktif di sepanjang gentian aktin.

Banyak "motor molekul", termasuk myosin V, menggunakan prinsip gerakan berjalan. Mereka bergerak dalam langkah-langkah diskret yang lebih kurang sama panjangnya, dan secara bergilir-gilir satu atau yang lain daripada dua "kaki" molekul berada di hadapan. Walau bagaimanapun, banyak butiran proses ini masih tidak jelas.

Penyelidik di Jabatan Fizik, Universiti Waseda di Tokyo telah membangunkan teknik yang membolehkan anda memerhati kerja myosin V dalam masa nyata di bawah mikroskop. Untuk melakukan ini, mereka membina myosin V yang diubah suai, di mana batang kaki mempunyai sifat "melekat" dengan kuat pada mikrotubulus tubulin.

Dengan menambahkan serpihan mikrotubul ke dalam larutan miosin V yang diubah suai, saintis memperoleh beberapa kompleks di mana sekeping mikrotubul hanya melekat pada satu kaki miosin V, manakala yang lain kekal bebas. Kompleks ini mengekalkan keupayaan untuk "berjalan" di sepanjang gentian aktin, dan pergerakannya dapat diperhatikan, kerana serpihan mikrotubul jauh lebih besar daripada miosin itu sendiri, dan, lebih-lebih lagi, mereka dilabelkan dengan label pendarfluor. Dalam kes ini, dua reka bentuk eksperimen telah digunakan: dalam satu kes, gentian aktin ditetapkan di angkasa, dan pemerhatian dijalankan ke atas pergerakan serpihan mikrotubulus, dan dalam kedua, mikrotubulus ditetapkan dan pergerakan serpihan gentian aktin diperhatikan.

Akibatnya, "gait" myosin V telah dikaji dengan sangat terperinci (lihat angka pertama). Setiap langkah bermula dengan kaki "belakang" myosin yang memisahkan daripada gentian aktin. Kemudian kaki itu, yang masih melekat pada serat, condong ke hadapan dengan tajam. Pada masa inilah tenaga digunakan (hidrolisis ATP berlaku). Selepas itu, kaki "bebas" (hijau dalam angka) mula menjuntai kelam kabut pada engsel. Ini tidak lebih daripada gerakan Brownian. Pada masa yang sama, dengan cara itu, saintis dapat menunjukkan buat kali pertama bahawa engsel yang menghubungkan kaki myosin V tidak menyekat pergerakan mereka sama sekali. Lambat laun, kaki hijau menyentuh hujung filamen aktin dan melekat padanya. Tempat di mana ia akan melekat pada rentetan (dan oleh itu panjang langkah) ditentukan sepenuhnya oleh kecenderungan tetap kaki biru.

Dalam eksperimen, pencarian filamen aktin dengan kaki bebas myosin V mengambil masa beberapa saat; dalam sel hidup, ini nampaknya berlaku lebih cepat, kerana di sana myosin berjalan tanpa beban pada kakinya. Berat - sebagai contoh, vesikel intraselular yang dikelilingi oleh membran - tidak dilekatkan pada kaki, tetapi pada bahagian molekul itu, yang digambarkan sebagai "ekor" dalam rajah.