Идеальные микро-кольца из мышечных волокон: биологическая модель, попадающая в «поглощающее состояние»
Учёные из кластера Nanosystems Initiative Munich создали простую модель из трёх компонентов для изучения так называемых поглощающих состояний — динамики, при которой система продолжает потреблять энергию, но её движение зацикливается, как в беличьем колесе.
Простая модель сложного поведения
Модельная система состоит всего из трёх компонентов:
- Актин — мышечный белок, формирующий волокна.
- Моторные белки — отвечают за транспорт и движение по поверхности.
- Фаскин — молекулы, сшивающие актиновые волокна.
Ход эксперимента и открытие
- Миллионы моторных белков, закреплённых на стеклянной поверхности, начинают перемещать актиновые волокна после добавления АТФ («топлива»).
- При добавлении сшивающих молекул (фаскина) волокна соединяются в более крупные структуры.
- В итоге все волокна объединяются в большие структуры, которые теряют способность свободно двигаться по поверхности. Они фиксируются на месте и вращаются по кругу — система попадает в поглощающее состояние.
Ключевые результаты
- Образовались идеально сформированные кольца из миллионов отдельных волокон, которые постоянно вращаются под действием моторных белков.
- Удивительно, что даже такая простая система из трёх компонентов может попасть в поглощающее состояние, продолжая потреблять энергию.
- Теоретическое моделирование, проведённое в сотрудничестве с группой профессора Эрвина Фрея, позволило связать свойства колец (размер, форму) со случайными движениями на молекулярном уровне.
Научное значение
- Поглощающее состояние — это «тупик» для системы: попав в него, выбраться невозможно, хотя потребление энергии не прекращается.
- Подобные состояния встречаются в бесчисленных активных системах, включая более сложные (например, рост конкурирующих популяций клеток).
- Центральный вопрос — подчиняются ли динамики всех этих систем одним и тем же фундаментальным законам. Простая модель из нескольких элементов идеально подходит для поиска ответа.