Белок использует силу «смешной походки»
Впервые зафиксирована «ходьба на прямых ногах» моторного белка миозина 5 по нитевидному актиновому филаменту.
Для нормальной работы клетки различные грузы должны транспортироваться между её частями. За это отвечают «молекулярные моторы», такие как миозин 5, которые используют химическую энергию (АТФ) для перемещения.
Эти белки не только функционируют как наноразмерные грузовики, но и выглядят как двуногие существа, делающие очень маленькие шаги. Однако точный механизм их движения был неизвестен.
Команда учёных из Оксфордского университета впервые записала движение миозина 5 с помощью новой микроскопической техники, позволяющей «увидеть» крошечные шаги в десятки нанометров со скоростью до 1000 кадров в секунду. Результаты важны для понимания основ клеточной функции и могут помочь в проектировании эффективных наномашин.
«До сих пор мы считали, что движения этих белков случайны и свободны, поскольку ни один эксперимент не говорил об обратном, — говорит Филипп Кукура из Оксфорда, руководитель исследования, опубликованного в eLife. — Однако мы показали, что движения лишь казались случайными. Если наблюдать за ними с достаточной скоростью и точностью, проявляется жёсткая модель ходьбы».
Основная сложность в наблюдении за белками — их чрезвычайно малый размер (шаги меньше длины волны света) и высокая скорость движения.
Команде пришлось перейти от «камеры iPhone» в микроскопии к высокоскоростным камерам, снимающим летящую пулю. Для точной визуализации походки «ноги» (или «головы») белка пометили разными метками: квантовой точкой и золотой частицей размером 20 нанометров.
Как миозин шагает от А к Б?
Анимация, созданная исследователями, показывает, что миозин 5a делает регулярные «жесткие» шаги длиной 74 нанометра. Движение напоминает вращение циркуля-измерителя. С каждым шагом головы белка связываются с актиновым филаментом, а затем отпускают его для следующего шага. Энергию для движения поставляет АТФ.
«Я описываю это движение как нечто среднее между походками из скетча Монти Пайтона о Министерстве смешных походок, — говорит Филипп. — При этом представьте, что всё это происходит во враждебной и хаотичной наноразмерной среде: попытка пройти по канату во время урагана, пока в тебя летят теннисные мячи».
«Мы обнаружили очень эффективный способ, который белок использует для перемещения грузов, — объясняет Филипп. — До нашего открытия могли думать, что искусственные наномашины могут полагаться на случайное движение, но наша работа говорит, что это было бы неэффективно. Если мы хотим создать машины, столь же эффективные, как природные, нам, возможно, нужен другой подход».
Получается, что при проектировании крошечных машин «смешные» походки могут быть не такими уж и глупыми.