Lendav kõnnak: mis juhtub elusraku sees oleva valguga

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Paljud isegi ei aima, kui tõeliselt hämmastavad protsessid meie sees toimuvad. Soovitan teil vaadata edasi mikroskoopilist maailma, mida teil õnnestus näha alles uusimate uue põlvkonna elektronmikroskoopide tulekuga.

Jaapani teadlastel õnnestus veel 2007. aastal mikroskoobi all jälgida elava raku ühe "molekulaarse mootori" - kõndiva valgu müosiin V - tööd, mis suudab aktiivselt liikuda mööda aktiinikiude ja lohistada enda külge kinnitatud raskusi. Müosiin V iga samm algab sellega, et üks selle "jalgadest" (selg) on aktiini filamendist eraldatud. Seejärel paindub teine jalg ette ja esimene pöörleb vabalt molekuli jalgu ühendaval "hingil", kuni puudutab kogemata aktiini filamenti. Esimese jala kaootilise liikumise lõpptulemus osutub teise jala fikseeritud asendi tõttu rangelt kindlaks määratud.

Uurime selle kohta rohkem…

… kinesin kõnnib niimoodi

Kõik elusorganismide poolt sooritatavad aktiivsed liigutused (alates kromosoomide liikumisest rakkude jagunemise ajal kuni lihaskontraktsioonideni) põhinevad "molekulaarsete mootorite" tööl – valgukompleksidel, mille osad on võimelised üksteise suhtes liikuma. Kõrgemates organismides on molekulaarsetest mootoritest olulisemad erinevat tüüpi müosiini molekulid (I, II, III jne kuni XVII), mis on võimelised aktiivselt liikuma mööda aktiinikiude.

Paljud "molekulaarmootorid", sealhulgas müosiin V, kasutavad kõndimise põhimõtet. Need liiguvad diskreetsete sammudega, ligikaudu sama pikkusega ja vaheldumisi on üks või teine molekuli kahest "jalast" ees. Paljud selle protsessi üksikasjad jäävad aga ebaselgeks.

Tokyo Waseda ülikooli füüsikaosakonna teadlased on välja töötanud tehnika, mis võimaldab jälgida müosiin V tööd reaalajas mikroskoobi all. Selleks konstrueerisid nad modifitseeritud müosiin V, mille jalavõllidel on omadus tubuliini mikrotuubulitesse kindlalt "kleepuda".

Lisades modifitseeritud müosiin V lahusele mikrotuubulite fragmente, said teadlased mitu kompleksi, milles mikrotuubuli tükk kleepus ainult müosiin V ühele jalale, teine aga jäi vabaks. Need kompleksid säilitasid võime "kõndida" mööda aktiinikiude ja nende liikumist oli võimalik jälgida, kuna mikrotuubulite fragmendid on palju suuremad kui müosiin ise ja pealegi olid need märgistatud fluorestseeruvate märgistega. Sel juhul kasutati kahte eksperimentaalset kujundust: ühel juhul fikseeriti aktiinikiud ruumis ja vaatlused viidi läbi mikrotuubuli fragmendi liikumisel ning teisel juhul fikseeriti mikrotuubul ja liikus täheldati aktiinikiu fragmenti.

Selle tulemusena uuriti müosiin V “kõnni” väga üksikasjalikult (vt esimest joonist). Iga samm algab müosiini tagumise jalaga, mis eraldub aktiinikiust. Seejärel kaldub see jalg, mis jääb kiu külge, järsult ettepoole. Just sel hetkel tarbitakse energiat (toimub ATP hüdrolüüs). Pärast seda hakkab “vaba” jalg (joonistel roheline) kaootiliselt hinge küljes rippuma. See pole midagi muud kui Browni liikumine. Samal ajal, muide, suutsid teadlased esimest korda näidata, et müosiin V jalgu ühendav liigend ei piira nende liikumist üldse. Varem või hiljem puudutab roheline jalg aktiini filamendi otsa ja kinnitub selle külge. Koht, kus see nööri külge kinnitub (ja seega ka sammu pikkus), on täielikult määratud sinise jala fikseeritud kaldega.

Katses kestis aktiini filamendi otsimine müosiin V vaba jalaga mitu sekundit; elusrakus toimub see ilmselt kiiremini, kuna seal kõnnib müosiin ilma raskusteta jalgadel. Raskused – näiteks membraanidega ümbritsetud rakusisesed vesiikulid – ei ole kinnitatud mitte jalgade külge, vaid selle molekuli osa külge, mis on joonisel kujutatud "sabana".