Що відбувається з білком усередині живої клітини (4 фото)

Ще в 2007 році японські дослідники змогли спостерігати під мікроскопом роботу одного з «молекулярних моторів» живої клітини — крокуючого білка міозину V, який вміє активно пересуватися вздовж актиновых волокон і перетягувати прикріплені до нього вантажі. Кожен крок міозину V починається з того, що одна з його «ніг» (задня) відокремлюється від актиновой нитки. Потім друга нога нахиляється вперед, а перша вільно обертається на шарнірі», що з’єднує ноги молекули, до тих пір, поки випадково не торкнеться актиновой нитки. Кінцевий підсумок хаотичного руху першої ноги виявляється строго детермінований завдяки фіксованому положенню другий.

Давайте довідаємося про це детальніше …

… так крокує кинезін

В основі будь-яких активних рухів, здійснюваних живими організмами (від руху хромосом при клітинному поділі до м’язових скорочень), лежить робота «молекулярних моторів» — білкових комплексів, частини яких здатні рухатися одне відносно одного. У вищих організмів найважливішими з молекулярних моторів служать молекули міозину різних типів (I, II, III і т. д. аж до XVII), здатні активно пересуватися вздовж актиновых волокон.

Багато «молекулярні мотори», в тому числі міозин V, використовують принцип крокуючого руху. Вони пересуваються дискретними кроками приблизно однакової довжини, причому попереду виявляється поперемінно то одна, то інша з двох «ніг» молекули. Однак багато деталей цього процесу залишаються неясними.

Співробітники фізичного факультету університету Васеда (Department of Physics, Waseda University) в Токіо розробили методику, що дозволяє спостерігати за роботою міозину V в реальному часі під мікроскопом. Для цього вони сконструювали модифікований міозин V, у якого стрижні ніг мають властивість міцно «приклеюватися» до тубулиновым мікротрубочках.

Додаючи в розчин модифікованого міозину V фрагменти мікротрубочок, вчені отримали кілька комплексів, в яких шматок мікротрубочки приклеївся тільки на одній нозі міозину V, а друга залишилася вільною. Ці комплекси зберегли здатність «крокувати» по актиновым волокнам, і за їх рухами можна було спостерігати, оскільки фрагменти мікротрубочок набагато крупніше самого міозину, і до того ж їх мітили флуоресціюючими мітками. При цьому використовували два експериментальних дизайну: в одному випадку фіксували в просторі актиновое волокно, а вели спостереження за рухом фрагмента мікротрубочки, а в другому фіксували микротрубочку і спостерігали за рухом фрагмента актинового волокна.

У підсумку «ходу» міозину V вдалося вивчити в більших подробицях (див. перший малюнок). Кожен крок починається з того, що «задня» нога міозину відокремлюється від актинового волокна. Потім та нога, яка залишилася прикріпленою до волокна, різко нахиляється вперед. Саме в цей момент витрачається енергія (відбувається гідроліз АТФ). Після цього «вільна» нога (на малюнках — зелена) починає хаотично бовтатися на шарнірі. Це не що інше, як броунівський рух. Заодно, до речі, вченим вдалося вперше показати, що шарнір, що з’єднує ноги міозину V, зовсім не сковує їх рухів. Рано чи пізно зелена нога торкається своїм кінцем актиновой нитки і прикріплюється до неї. Місце, де вона прикрепится до нитки (і, отже, довжина кроку) повністю визначаються фіксованим нахилом синьою ноги.

В експерименті пошук актиновой нитки вільною ногою міозину V займав кілька секунд; в живій клітині це, мабуть, відбувається швидше, оскільки там міозин крокує без гир на ногах. Вантажі — наприклад, внутрішньоклітинні бульбашки, оточені мембранами — кріпляться не до ніг, а до тієї частини молекули, що на малюнку зображена як «хвостик».