Ще в 2007 році японські дослідники зуміли підгледіти під мікроскопом роботу одного з «молекулярних моторів» живої клітини – крокуючого білка міозину V, який вміє активно пересуватися уздовж актінових волокон і перетягувати прикріплені до нього вантажі. Кожен крок міозину V починається з того, що одна з його «ніг» (задня) відділяється від актиновой нитки. Потім друга нога нахиляється вперед, а перша вільно обертається на «шарнірі», що з’єднує ноги молекули, доти, поки випадково не торкнеться актиновой нитки. Кінцевий підсумок хаотичного руху першої ноги виявляється строго детермінований завдяки фіксованому положенню другий.
Давайте дізнаємося про це детальніше …
… Так крокує кінезін
В основі будь-яких активних рухів, що здійснюються живими організмами (від руху хромосом при клітинному розподілі до м’язових скорочень), лежить робота «молекулярних моторів» – білкових комплексів, частини яких здатні рухатися один щодо 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 уздовж актінових волокон.
Багато «молекулярні мотори», в тому числі миозин 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 миозин V, у якого стрижні ніг мають властивість дуже міцно «приклеюватися» до тубулінових микротрубочкам.
Так миозин V крокує по актиновой нитки. Рух відбувається справа наліво. Спочатку одна з «ніг» міозину (зелена) відділяється від актиновой нитки, потім інша нога (синя) нахиляється вперед. Після цього зелена нога хаотично обертається на шарнірі доти, поки не наткнеться на актиновую нитка. Рис. з обговорюваної статті в Science
Додаючи в розчин модифікованого міозину V фрагменти микротрубочек, вчені отримали кілька комплексів, в яких шматок микротрубочки приклеївся тільки до однієї ноги міозину V, а друга залишилася вільною. Ці комплекси зберегли здатність «крокувати» по Актинові волокнам, і за їх рухами можна було спостерігати, оскільки фрагменти микротрубочек набагато крупніше самого міозину, і до того ж їх мітили флуоресціюючими мітками. При цьому використовували два експериментальних дизайну: в одному випадку фіксували в просторі актинового волокно, а спостереження вели за рухом фрагмента микротрубочки, а в другому фіксували микротрубочка і спостерігали за рухом фрагмента актинового волокна.
… Так крокує кінезін
У підсумку «ходу» міозину V вдалося вивчити у великих подробицях (см. Перший малюнок). Кожен крок починається з того, що «задня» нога міозину відділяється 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, абсолютно не сковує їх рухів. Рано чи пізно зелена нога стосується своїм кінцем актиновой нитки і прикріплюється до неї. Місце, де вона прикріпиться до нитки (і, отже, довжина кроку) повністю визначаються фіксованим нахилом синьою ноги.
В експерименті пошук актиновой нитки вільної ногою міозину V займав кілька секунд; в живій клітині це, мабуть, відбувається швидше, оскільки там миозин крокує без гир на ногах. Вантажі – наприклад, внутрішньоклітинні пухирці, оточені мембранами – кріпляться не до ніг, а до тієї частини молекули, яка на малюнку зображена як хвостик.