المشية الطائرة: ماذا يحدث للبروتين داخل الخلية الحية

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

لا يشك الكثيرون حتى في كيفية حدوث عمليات مذهلة حقًا بداخلنا. أقترح عليك إلقاء نظرة أكثر على العالم المجهري ، الذي لم تتمكن من رؤيته إلا مع ظهور أحدث جيل جديد من المجاهر الإلكترونية.

في عام 2007 ، تمكن الباحثون اليابانيون من ملاحظة عمل أحد "المحركات الجزيئية" للخلية الحية تحت المجهر - وهو بروتين المشي ميوسين V ، والذي يمكنه التحرك بنشاط على طول ألياف الأكتين وسحب الأوزان المرتبطة به. تبدأ كل خطوة من خطوات الميوسين الخامس بحقيقة أن إحدى "رجليه" (الخلفية) مفصولة عن خيوط الأكتين. ثم تنحني الساق الثانية للأمام ، وتدور الأولى بحرية على "المفصلة" التي تربط أرجل الجزيء ، حتى تلامس خيوط الأكتين عن طريق الخطأ. تبين أن النتيجة النهائية للحركة الفوضوية للمسار الأول يتم تحديدها بدقة بسبب الموضع الثابت للجزء الثاني.

دعنا نتعرف أكثر على هذا …

… يمشي كينيسين مثل هذا

أي حركات نشطة تقوم بها الكائنات الحية (من حركة الكروموسومات أثناء الانقسام الخلوي إلى تقلصات العضلات) تستند إلى عمل "المحركات الجزيئية" - مجمعات البروتين ، التي يمكن لأجزاء منها التحرك بالنسبة لبعضها البعض. في الكائنات الحية الأعلى ، أهم المحركات الجزيئية هي جزيئات الميوسين من أنواع مختلفة (الأول ، الثاني ، الثالث ، إلخ ، حتى السابع عشر) ، والتي تكون قادرة على التحرك بنشاط على طول ألياف الأكتين.

تستخدم العديد من "المحركات الجزيئية" ، بما في ذلك الميوسين الخامس ، مبدأ حركة المشي. تتحرك في خطوات منفصلة بنفس الطول تقريبًا ، وبالتناوب تكون إحدى "الأرجل" الأخرى للجزيء في المقدمة. ومع ذلك ، لا تزال تفاصيل كثيرة عن هذه العملية غير واضحة.

طور باحثون في قسم الفيزياء بجامعة واسيدا في طوكيو تقنية تسمح لك بمراقبة عمل الميوسين الخامس في الوقت الفعلي تحت المجهر. للقيام بذلك ، قاموا ببناء الميوسين V المعدل ، حيث تتميز أعمدة الساق بخاصية "الالتصاق" بشدة بأنابيب التوبولين الدقيقة.

من خلال إضافة شظايا من الأنابيب الدقيقة إلى محلول الميوسين الخامس المعدل ، حصل العلماء على عدة معقدات تلتصق فيها قطعة من الأنابيب الدقيقة بساق واحدة فقط من الميوسين الخامس ، بينما تظل الأخرى حرة. احتفظت هذه المجمعات بالقدرة على "السير" على طول ألياف الأكتين ، ويمكن ملاحظة تحركاتها ، نظرًا لأن شظايا الأنابيب الدقيقة أكبر بكثير من الميوسين نفسه ، وعلاوة على ذلك ، تم تمييزها بعلامات الفلورسنت. في هذه الحالة ، تم استخدام تصميمين تجريبيين: في حالة واحدة ، تم تثبيت ألياف أكتين في الفضاء ، وتم إجراء الملاحظات على حركة جزء من الأنابيب الدقيقة ، وفي الحالة الثانية ، تم إصلاح أنبوب صغير وحركة لوحظ وجود جزء من ألياف الأكتين.

نتيجة لذلك ، تمت دراسة "مشية" الميوسين الخامس بتفصيل كبير (انظر الشكل الأول). تبدأ كل خطوة بفصل الساق "الخلفية" للميوسين عن ألياف الأكتين. ثم تميل تلك الساق ، التي تظل متصلة بالألياف ، إلى الأمام بحدة. في هذه اللحظة يتم استهلاك الطاقة (يحدث التحلل المائي ATP). بعد ذلك ، تبدأ الساق "الحرة" (باللون الأخضر في الأشكال) بالتدلي بطريقة فوضوية على المفصلة. هذا ليس أكثر من حركة براونية. في الوقت نفسه ، بالمناسبة ، تمكن العلماء لأول مرة من إظهار أن المفصل الذي يربط أرجل الميوسين الخامس لا يقيد تحركاتهم على الإطلاق. عاجلاً أم آجلاً ، تلامس الساق الخضراء نهاية خيوط الأكتين وتلتصق بها. يتم تحديد المكان الذي سيتم ربطه فيه بالخيط (وبالتالي طول الخطوة) بالكامل من خلال الميل الثابت للساق الزرقاء.

في التجربة ، استغرق البحث عن خيوط الأكتين مع الساق الحرة للميوسين الخامس عدة ثوانٍ ؛ في الخلية الحية ، يبدو أن هذا يحدث بشكل أسرع ، حيث أن الميوسين يمشي بدون أوزان على ساقيه. الأوزان - على سبيل المثال ، الحويصلات داخل الخلايا المحاطة بأغشية - ليست مرتبطة بالأرجل ، ولكن بالجزء من الجزيء ، الذي يُصوَّر على أنه "ذيل" في الشكل.