Flying gait: เกิดอะไรขึ้นกับโปรตีนภายในเซลล์ที่มีชีวิต

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:18

หลายคนไม่สงสัยด้วยซ้ำว่ากระบวนการอันน่าทึ่งที่เกิดขึ้นในตัวเราเป็นอย่างไร ฉันแนะนำให้คุณดูโลกด้วยกล้องจุลทรรศน์มากขึ้น ซึ่งคุณสามารถมองเห็นได้เฉพาะเมื่อมีการถือกำเนิดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนรุ่นใหม่ล่าสุด

ย้อนกลับไปในปี 2550 นักวิจัยชาวญี่ปุ่นสามารถสังเกตการทำงานของหนึ่งใน "มอเตอร์โมเลกุล" ของเซลล์ที่มีชีวิตภายใต้กล้องจุลทรรศน์ได้ นั่นคือโปรตีนเดินได้ myosin V ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ไปตามเส้นใยแอคตินและลากน้ำหนักที่ติดอยู่กับมัน แต่ละขั้นตอนของ myosin V เริ่มต้นด้วย "ขา" (ด้านหลัง) อันใดอันหนึ่งแยกออกจากเส้นใยแอคติน จากนั้นขาที่สองจะโค้งไปข้างหน้าและขาแรกหมุนอย่างอิสระบน "บานพับ" ที่เชื่อมต่อขาของโมเลกุลจนกว่าจะสัมผัสกับเส้นใยแอคตินโดยไม่ได้ตั้งใจ ผลลัพธ์สุดท้ายของการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายของขาแรกนั้นถูกกำหนดอย่างเข้มงวดเนื่องจากตำแหน่งคงที่ของขาที่สอง

ลองหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ …

… kinesin เดินแบบนี้

การเคลื่อนไหวที่เคลื่อนไหวใด ๆ ที่ทำโดยสิ่งมีชีวิต (จากการเคลื่อนไหวของโครโมโซมระหว่างการแบ่งเซลล์ไปจนถึงการหดตัวของกล้ามเนื้อ) ขึ้นอยู่กับการทำงานของ "มอเตอร์โมเลกุล" - โปรตีนเชิงซ้อนซึ่งบางส่วนสามารถเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูง ที่สำคัญที่สุดของมอเตอร์โมเลกุลคือโมเลกุลของไมโอซินประเภทต่างๆ (I, II, III, ฯลฯ จนถึง XVII) ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ไปตามเส้นใยแอคตินได้

"มอเตอร์โมเลกุล" จำนวนมากรวมถึง myosin V ใช้หลักการของการเดิน พวกมันเคลื่อนที่เป็นขั้นตอนที่ไม่ต่อเนื่องกันโดยมีความยาวเท่ากัน และสลับ "ขา" ของโมเลกุลหนึ่งหรืออีกข้างหนึ่งอยู่ข้างหน้า อย่างไรก็ตาม รายละเอียดจำนวนมากของกระบวนการนี้ยังคงไม่ชัดเจน

นักวิจัยจากภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัย Waseda ในโตเกียว ได้พัฒนาเทคนิคที่ช่วยให้คุณสังเกตการทำงานของ myosin V แบบเรียลไทม์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ พวกเขาได้สร้าง myosin V ที่ได้รับการดัดแปลง ซึ่งก้านของขามีคุณสมบัติในการ "เกาะติด" อย่างแน่นหนากับไมโครทูบูลทูบูลิน

โดยการเพิ่มชิ้นส่วนของไมโครทูบูลลงในสารละลายของไมโอซิน วี ที่ดัดแปลง นักวิทยาศาสตร์ได้สารเชิงซ้อนหลายอย่างโดยที่ไมโครทูบูลชิ้นหนึ่งยึดติดกับไมโอซิน วี เพียงข้างเดียว ในขณะที่อีกอันยังคงว่างอยู่ คอมเพล็กซ์เหล่านี้ยังคงความสามารถในการ "เดิน" ตามเส้นใยแอคติน และสามารถสังเกตการเคลื่อนไหวของพวกมันได้ เนื่องจากชิ้นส่วนของไมโครทูบูลมีขนาดใหญ่กว่าไมโอซินเองมาก และยิ่งกว่านั้น พวกมันยังติดฉลากเรืองแสงอีกด้วย ในกรณีนี้ มีการใช้การออกแบบทดลองสองแบบ: ในกรณีหนึ่ง เส้นใยแอคตินได้รับการแก้ไขในอวกาศ และการสังเกตได้ดำเนินการเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนไมโครทูบูล และในครั้งที่สอง ไมโครทูบูลได้รับการแก้ไขและการเคลื่อนที่ของ สังเกตเศษเส้นใยแอกติน

เป็นผลให้ศึกษา "การเดิน" ของ myosin V อย่างละเอียด (ดูรูปแรก) แต่ละขั้นตอนเริ่มต้นด้วยขา "หลัง" ของไมโอซินที่แยกออกจากเส้นใยแอคติน จากนั้นขาที่ติดอยู่กับเส้นใยก็เอนไปข้างหน้าอย่างรวดเร็ว ขณะนี้มีการใช้พลังงาน (เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ATP) หลังจากนั้นขา "อิสระ" (สีเขียวในรูป) เริ่มห้อยอย่างวุ่นวายบนบานพับ นี่เป็นอะไรมากไปกว่าการเคลื่อนไหวแบบบราวเนียน ในเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์สามารถแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าบานพับที่เชื่อมต่อขาของ myosin V ไม่ได้จำกัดการเคลื่อนไหวเลย ไม่ช้าก็เร็วขาสีเขียวจะแตะปลายเส้นใยแอคตินแล้วติดแน่น ตำแหน่งที่จะติดกับเชือก (และด้วยเหตุนี้ความยาวของก้าว) ถูกกำหนดโดยความโน้มเอียงคงที่ของขาสีน้ำเงิน

ในการทดลอง การค้นหาเส้นใยแอคตินด้วยขาอิสระของไมโอซิน วี ใช้เวลาหลายวินาที ในเซลล์ที่มีชีวิต เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นเร็วกว่า เนื่องจากมีไมโอซินเดินโดยไม่มีน้ำหนักที่ขา น้ำหนัก - ตัวอย่างเช่น ถุงภายในเซลล์ที่ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ - ไม่ได้ยึดติดกับขา แต่ติดอยู่กับส่วนนั้นของโมเลกุลซึ่งแสดงเป็น "หาง" ในรูป