Leteći hod: što se događa s proteinom unutar žive stanice

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Mnogi niti ne slute kako se u nama odvijaju uistinu nevjerojatni procesi. Predlažem da pogledate dalje u mikroskopski svijet, koji ste uspjeli vidjeti tek pojavom elektronskih mikroskopa najnovije nove generacije.

Japanski istraživači su još 2007. godine uspjeli pod mikroskopom promatrati rad jednog od "molekularnih motora" žive stanice - hodajućeg proteina miozina V, koji se može aktivno kretati duž aktinskih vlakana i povlačiti utege koji su na njega pričvršćeni. Svaki korak miozina V počinje činjenicom da je jedna njegova "noga" (leđa) odvojena od aktinskog filamenta. Zatim se druga noga savija naprijed, a prva se slobodno okreće na "šarku" koji spaja noge molekule, sve dok slučajno ne dodirne aktinsku nit. Krajnji rezultat kaotičnog kretanja prve noge pokazuje se strogo određen zbog fiksnog položaja druge.

Hajdemo saznati više o ovome…

… kinesin hoda ovako

Svi aktivni pokreti koje izvode živi organizmi (od kretanja kromosoma tijekom stanične diobe do mišićnih kontrakcija) temelje se na radu "molekularnih motora" - proteinskih kompleksa, čiji se dijelovi mogu kretati jedni u odnosu na druge. U višim organizmima najvažniji od molekularnih motora su molekule miozina različitih tipova (I, II, III itd., do XVII), koje se mogu aktivno kretati duž aktinskih vlakana.

Mnogi "molekularni motori", uključujući miozin V, koriste princip hodanja. Kreću se u diskretnim koracima približno iste duljine, a naizmjenično je jedna ili druga od dvije "noge" molekule ispred. Međutim, mnogi detalji ovog procesa ostaju nejasni.

Istraživači na Odjelu za fiziku Sveučilišta Waseda u Tokiju razvili su tehniku koja vam omogućuje promatranje rada miozina V u stvarnom vremenu pod mikroskopom. Da bi to učinili, konstruirali su modificirani miozin V, u kojemu nožne osovine imaju svojstvo čvrstog "lijepanja" za mikrotubule tubulina.

Dodavanjem fragmenata mikrotubula u otopinu modificiranog miozina V, znanstvenici su dobili nekoliko kompleksa u kojima je komadić mikrotubula prilijepljen samo za jednu nogu miozina V, dok je druga ostala slobodna. Ovi kompleksi su zadržali sposobnost "hodanja" duž aktinskih vlakana, a njihova kretanja su se mogla promatrati, budući da su fragmenti mikrotubula puno veći od samog miozina, a štoviše, bili su obilježeni fluorescentnim oznakama. U ovom slučaju korištena su dva eksperimentalna dizajna: u jednom slučaju je aktinsko vlakno fiksirano u prostoru, a promatranja su vršena nad kretanjem fragmenta mikrotubula, au drugom je fiksirana mikrotubula i kretanjem uočen je fragment aktinskog vlakna.

Kao rezultat toga, "hod" miozina V proučavan je vrlo detaljno (vidi prvu sliku). Svaki korak počinje tako što se "stražnja" noga miozina odvaja od aktinskog vlakna. Zatim se ta noga, koja ostaje pričvršćena za vlakno, naglo nagne naprijed. U tom trenutku se troši energija (dolazi do hidrolize ATP-a). Nakon toga, "slobodna" noga (zelena na slikama) počinje kaotično visjeti na šarki. Ovo nije ništa drugo nego Brownovsko gibanje. Istodobno, usput, znanstvenici su po prvi put uspjeli pokazati da šarka koja spaja noge miozina V uopće ne ograničava njihove pokrete. Prije ili kasnije, zelena noga dodirne kraj aktinske niti i pričvrsti se za njega. Mjesto na kojem će se pričvrstiti za tetivu (a time i duljina koraka) u potpunosti je određeno fiksnim nagibom plave noge.

U eksperimentu je potraga za aktinskim filamentom sa slobodnim krakom miozina V trajala nekoliko sekundi; u živoj stanici to se očito događa brže, budući da tamo miozin hoda bez utega na nogama. Utezi - na primjer, unutarstanične vezikule okružene membranama - nisu pričvršćene za noge, već za onaj dio molekule, koji je na slici prikazan kao "rep".