Repülő járás: mi történik az élő sejtben lévő fehérjével

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

Sokan nem is sejtik, milyen csodálatos folyamatok mennek végbe bennünk. Azt javaslom, tekintse tovább a mikroszkopikus világot, amelyet csak a legújabb, új generációs elektronmikroszkópok megjelenésével sikerült meglátnia.

Japán kutatóknak még 2007-ben sikerült mikroszkóp alatt megfigyelniük egy élő sejt egyik "molekuláris motorjának" - a miozin V sétáló fehérjének - a munkáját, amely aktívan képes mozogni az aktinrostok mentén, és magával húzni a hozzá kapcsolódó súlyokat. A miozin V minden lépése azzal kezdődik, hogy az egyik "lába" (hátsó) elválik az aktinszáltól. Ezután a második láb előrehajlik, és az első szabadon forog a molekula lábait összekötő "csuklópánton", amíg véletlenül meg nem érinti az aktinszálat. Az első láb kaotikus mozgásának végeredménye a második fix helyzete miatt szigorúan meghatározott.

Tudjunk meg többet erről…

… a kinesin így jár

Az élő szervezetek által végzett bármely aktív mozgás (a kromoszómák mozgásától a sejtosztódás során az izomösszehúzódásokig) a "molekuláris motorok" - fehérjekomplexek - munkáján alapul, amelyek egyes részei képesek egymáshoz képest mozogni. A magasabb rendű szervezetekben a molekuláris motorok közül a legfontosabbak a különféle típusú (I, II, III stb., XVII-ig terjedő) miozin molekulák, amelyek képesek aktívan mozogni az aktinrostok mentén.

Sok „molekuláris motor”, köztük a miozin V, a gyalogló mozgás elvét használja. Megközelítőleg azonos hosszúságú diszkrét lépésekben mozognak, és felváltva a molekula két "lába" egyike vagy másika van elöl. Ennek a folyamatnak azonban számos részlete tisztázatlan.

A tokiói Waseda Egyetem Fizikai Tanszékének kutatói olyan technikát fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi a miozin V működésének valós időben történő mikroszkóp alatti megfigyelését. Ennek érdekében megkonstruáltak egy módosított miozin V-t, amelyben a lábszárak az a tulajdonságuk, hogy szilárdan "tapadnak" a tubulin mikrotubulusokhoz.

Mikrotubulusok töredékeinek hozzáadásával a módosított miozin V oldatához a tudósok több olyan komplexet kaptak, amelyekben a mikrotubulus egy darabja csak a miozin V egyik lábához tapadt, míg a másik szabad maradt. Ezek a komplexek megőrizték azt a képességüket, hogy az aktinrostok mentén "járjanak", mozgásuk megfigyelhető volt, mivel a mikrotubulusok fragmentumai sokkal nagyobbak, mint maga a miozin, ráadásul fluoreszcens címkékkel is megjelölték őket. Ebben az esetben két kísérleti elrendezést alkalmaztunk: az egyik esetben egy aktinszálat rögzítettek a térben, és a megfigyeléseket egy mikrotubulus-fragmens mozgása felett végezték, a másikban pedig egy mikrotubulus rögzítését és egy aktin rost fragmentumot figyeltek meg.

Ennek eredményeként a miozin V „járását” nagyon részletesen tanulmányozták (lásd az első ábrát). Minden lépés azzal kezdődik, hogy a miozin „hátsó” lába elválik az aktinrosttól. Ezután az a láb, amely a szálhoz tapad, élesen előrehajlik. Ebben a pillanatban fogyasztják el az energiát (ATP hidrolízis megy végbe). Ezt követően a „szabad” láb (az ábrákon zöld) kaotikusan lógni kezd a csuklópánton. Ez nem más, mint Brown-mozgás. Ugyanakkor a tudósoknak először sikerült kimutatniuk, hogy a miozin V lábait összekötő csuklópánt egyáltalán nem korlátozza mozgásukat. Előbb-utóbb a zöld láb érinti az aktinszál végét, és hozzátapad. A helyét, ahol a zsinórhoz rögzíti (és így a lépéshosszt), teljes mértékben a kék láb rögzített dőlése határozza meg.

A kísérletben az aktin filamentum keresése a miozin V szabad lábával több másodpercig tartott; élő sejtben ez láthatóan gyorsabban megy végbe, mivel ott a miozin súlyok nélkül jár a lábán. Súlyok - például membránokkal körülvett intracelluláris vezikulák - nem a lábakhoz vannak rögzítve, hanem a molekulának ahhoz a részéhez, amelyet az ábrán "farokként" ábrázoltunk.