Моторные белки предпочитают медленное и стабильное движение
Исследователи из Университета Райса обнаружили, что для эффективной работы моторным белкам, перемещающим грузы внутри клеток, необходимо взаимодействие друг с другом. Их коллективное поведение обеспечивает надёжность клеточного транспорта, отдавая предпочтение медленному и стабильному движению перед максимальной скоростью.
Ранее считалось, что взаимодействия между моторными белками незначительны, но новое исследование показывает их важность. Теоретический биофизик Анатолий Коломейский отмечает, что даже небольшие изменения, которые можно контролировать с помощью лекарств, могут сильно влиять на динамику клетки, что важно для лечения болезней.
В статье в Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical представлена новая теоретическая модель для изучения влияния межмолекулярных взаимодействий на динамику моторных белков (например, кинезинов), которые «шагают» по микротрубочкам, используя энергию АТФ.
Модель: Математическая модель, построенная аспирантами Хамидом Тельмури и Каримом Мехрабиани, анализирует короткие последовательности «блоков» микротрубочек. Она основана на процессе TASEP (totally asymmetric simple exclusion process), используемом для изучения взаимодействующих частиц.
Ключевой вывод: Отсутствие взаимодействия между моторами не является оптимальным. Система очень чувствительна к малым изменениям в силе взаимодействий.
Результаты моделирования:
- Слабое отталкивание между белками приводит к максимальному потоку вдоль микротрубочек.
- Моторные белки более чувствительны к притяжению, чем к отталкиванию.
- Сильное притяжение приводит к образованию кластеров, которые останавливают движение, так как отдельные частицы не могут оторваться.
- Промежуточные по силе взаимодействия оказывают наибольшее влияние на поток.
Модель показала, что моторные белки, ощущая «общую картину», адаптируются к флуктуациям в жидкой среде: они могут собираться в кластеры, замедляя движение, или распространяться, чтобы ускорить его. Монте-Карло моделирование с реалистичным размером системы (до 1000 блоков) подтвердило результаты расчётов для меньших систем.
Это исследование — один из шагов к пониманию фундаментальных принципов клеточной динамики. Биологические системы, возможно, оптимизированы не для максимального потока, а для других параметров, таких как стабильность и надёжность.