Lidojoša gaita: kas notiek ar proteīnu dzīvā šūnā

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Daudzi pat nenojauš, cik patiesi pārsteidzoši procesi notiek mūsos. Iesaku paskatīties tālāk uz mikroskopisko pasauli, kuru izdevās ieraudzīt tikai līdz ar jaunākās jaunās paaudzes elektronu mikroskopu parādīšanos.

Vēl 2007. gadā japāņu pētniekiem izdevās mikroskopā novērot, kā darbojas viens no dzīvas šūnas "molekulārajiem motoriem" - staigājošais proteīns miozīns V, kas var aktīvi pārvietoties pa aktīna šķiedrām un vilkt sev piestiprinātos atsvarus. Katrs miozīna V solis sākas ar faktu, ka viena no tā "kājām" (aizmugure) ir atdalīta no aktīna pavediena. Tad otrā kāja noliecas uz priekšu, un pirmā brīvi griežas uz "eņģes", kas savieno molekulas kājas, līdz tā nejauši pieskaras aktīna pavedienam. Pirmās kājas haotiskās kustības gala rezultāts izrādās stingri noteikts otrās kājas fiksētās pozīcijas dēļ.

Uzzināsim vairāk par šo…

… kinesīns staigā šādi

Jebkuras dzīvu organismu veiktās aktīvās kustības (no hromosomu kustības šūnu dalīšanās laikā līdz muskuļu kontrakcijām) balstās uz "molekulāro motoru" - olbaltumvielu kompleksu - darbu, kuru daļas spēj pārvietoties viena pret otru. Augstākajos organismos svarīgākie no molekulārajiem motoriem ir dažāda veida miozīna molekulas (I, II, III utt., līdz XVII), kas spēj aktīvi pārvietoties pa aktīna šķiedrām.

Daudzi "molekulārie motori", tostarp miozīns V, izmanto staigāšanas kustības principu. Tie pārvietojas diskrētos, aptuveni vienāda garuma soļos, un pārmaiņus priekšā ir viena vai otra no abām molekulas "kājām". Tomēr daudzas šī procesa detaļas joprojām nav skaidras.

Tokijas Vasedas universitātes Fizikas katedras pētnieki ir izstrādājuši paņēmienu, kas ļauj mikroskopā novērot miozīna V darbību reāllaikā. Lai to izdarītu, viņi izveidoja modificētu miozīnu V, kurā kāju vārpstām ir īpašība stingri "pielipt" pie tubulīna mikrotubulām.

Modificētā miozīna V šķīdumam pievienojot mikrotubulu fragmentus, zinātnieki ieguva vairākus kompleksus, kuros mikrotubulas gabals pielipa tikai pie vienas miozīna V kājas, bet otra palika brīva. Šie kompleksi saglabāja spēju "staigāt" pa aktīna šķiedrām, un varēja novērot to kustību, jo mikrotubulu fragmenti ir daudz lielāki par pašu miozīnu, turklāt tie tika marķēti ar fluorescējošām etiķetēm. Šajā gadījumā tika izmantoti divi eksperimentāli modeļi: vienā gadījumā aktīna šķiedra tika fiksēta telpā, un novērojumi tika veikti virs mikrotubulas fragmenta kustības, bet otrajā tika fiksēts mikrotubulis un kustība. tika novērots aktīna šķiedras fragments.

Rezultātā ļoti detalizēti tika pētīta miozīna V “gaita” (skat. pirmo attēlu). Katrs solis sākas ar miozīna “aizmugurējās” kājas atdalīšanu no aktīna šķiedras. Tad tā kāja, kas paliek piestiprināta pie šķiedras, strauji noliecas uz priekšu. Tieši šajā brīdī tiek patērēta enerģija (notiek ATP hidrolīze). Pēc tam “brīvā” kāja (attēlos zaļa) sāk haotiski karāties uz eņģes. Tas nav nekas vairāk kā Brauna kustība. Tajā pašā laikā, starp citu, zinātnieki pirmo reizi spēja parādīt, ka eņģe, kas savieno miozīna V kājas, nemaz neierobežo viņu kustības. Agrāk vai vēlāk zaļā kāja pieskaras aktīna pavediena galam un piestiprina sevi pie tā. Vietu, kur tā piestiprināsies pie auklas (un līdz ar to soļa garumu), pilnībā nosaka zilās kājas fiksētais slīpums.

Eksperimentā aktīna pavediena meklēšana ar miozīna V brīvo kāju aizņēma vairākas sekundes; dzīvā šūnā tas acīmredzot notiek ātrāk, jo tur miozīns staigā bez svariem uz kājām. Svari - piemēram, intracelulāri pūslīši, ko ieskauj membrānas - nav piestiprināti pie kājām, bet gan tai molekulas daļai, kas attēlā ir attēlota kā "aste".