Молекулярная микроскопия показывает движение молекулярного мотора

Молекулярные моторы кинезины, перемещающие материалы внутри клеток, сталкиваются с проблемой потери сцепления, когда обе их "ноги" одновременно отрываются от микротрубочки. Это ограничивает скорость их движения и переноса груза. Исследователи из Университета Пенсильвании впервые непосредственно увидели это движение с помощью специального микроскопа высокого разрешения и метода мечения.

Новый уровень наблюдения

  • Теперь можно наблюдать биологические процессы с молекулярным разрешением и в субмиллисекундных временных масштабах.
  • Понимание работы моторов на наноуровне критически важно, так как нейронам для роста и выживания требуется транспорт материалов от одного конца к другому.
  • Дефекты в этом транспортном процессе связаны с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера и БАС.

Как работает кинезин

  • Кинезин — это молекулярный мотор, использующий химическую энергию АТФ для создания механической силы.
  • У него две "ноги" (головки), которые поочередно прикрепляются и отсоединяются от микротрубочки, совершая "шаги".
  • Процессивность — это среднее количество шагов, которое мотор может сделать до полного отсоединения.
  • Движение можно смоделировать как гонку между прикреплением передней "ноги" и отсоединением задней. На этот процесс влияют как химические реакции с АТФ, так и механические силы.

Метод исследования

  • Для визуализации одна "нога" кинезина была помечена золотой наночастицей.
  • Специально созданный высокоразрешающий одно-молекулярный микроскоп позволил отслеживать движение, регистрируя отражение света от наночастицы.
  • Как отмечается в Biophysical Journal, до сих пор ни одна количественная модель полностью не объясняла, как структурные различия между кинезинами влияют на кинетические параметры и процессуальность.

Значение открытия

  • Кинезины обычно переносят груз внутри клеточных везикул, и в этом процессе может быть задействовано несколько моторов одновременно.
  • Понимание кинетики шагов на молекулярном уровне, включая взаимодействие с "дорожными пробками" (белками, блокирующими микротрубочки), может пролить свет на механизмы заболеваний.
  • Уильям Хэнкок: "Прояснение этой кинетики шагов очень удовлетворительно, потому что эти вопросы существуют уже 20 лет, но только сейчас у нас есть технологии, чтобы ответить на них".