Vliegende gang: wat gebeurt er met het eiwit in een levende cel?

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Velen vermoeden niet eens hoe werkelijk verbazingwekkende processen in ons plaatsvinden. Ik stel voor dat je verder kijkt naar de microscopische wereld, die je pas hebt kunnen zien met de komst van de nieuwste nieuwe generatie elektronenmicroscopen.

In 2007 konden Japanse onderzoekers onder een microscoop het werk van een van de 'moleculaire motoren' van een levende cel observeren - het wandelende eiwit myosine V, dat actief langs de actinevezels kan bewegen en de daaraan bevestigde gewichten kan slepen. Elke stap van myosine V begint met het feit dat een van zijn "benen" (rug) is gescheiden van het actinefilament. Dan buigt het tweede been naar voren en het eerste roteert vrij op het "scharnier" dat de benen van het molecuul verbindt, totdat het per ongeluk het actinefilament raakt. Het eindresultaat van de chaotische beweging van het eerste been blijkt door de vaste positie van het tweede been strikt bepaald te zijn.

Laten we hier meer over te weten komen…

… kinesin loopt zo

Alle actieve bewegingen die worden uitgevoerd door levende organismen (van de beweging van chromosomen tijdens celdeling tot spiercontracties) zijn gebaseerd op het werk van "moleculaire motoren" - eiwitcomplexen waarvan delen ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. In hogere organismen zijn de belangrijkste moleculaire motoren myosinemoleculen van verschillende typen (I, II, III, enz., Tot en met XVII), die in staat zijn om actief langs de actinevezels te bewegen.

Veel "moleculaire motoren", waaronder myosine V, gebruiken het principe van loopbeweging. Ze bewegen in discrete stappen van ongeveer dezelfde lengte, en afwisselend de ene of de andere van de twee "benen" van het molecuul vooraan. Veel details van dit proces blijven echter onduidelijk.

Onderzoekers van de afdeling Natuurkunde van de Waseda University in Tokio hebben een techniek ontwikkeld waarmee je het werk van myosine V in realtime onder een microscoop kunt observeren. Om dit te doen, construeerden ze een gemodificeerde myosine V, waarin de beenschachten de eigenschap hebben om stevig te "kleven" aan tubuline-microtubuli.

Door fragmenten van microtubuli toe te voegen aan de oplossing van gemodificeerd myosine V, verkregen de wetenschappers verschillende complexen waarin een stuk van een microtubule zich slechts aan één been van myosine V hechtte, terwijl het andere vrij bleef. Deze complexen behielden het vermogen om langs de actinevezels te "lopen", en hun bewegingen konden worden waargenomen, omdat de fragmenten van microtubuli veel groter zijn dan myosine zelf, en bovendien waren ze gelabeld met fluorescerende labels. In dit geval werden twee experimentele ontwerpen gebruikt: in het ene geval werd een actinevezel in de ruimte gefixeerd en werden de waarnemingen uitgevoerd over de beweging van een microtubuli-fragment, en in het tweede geval werd een microtubule gefixeerd en de beweging van een actinevezelfragment werd waargenomen.

Als resultaat werd de "gang" van myosine V tot in detail bestudeerd (zie de eerste figuur). Elke stap begint met het "achterste" been van myosine dat zich scheidt van de actinevezel. Dan leunt dat been, dat aan de vezel blijft zitten, scherp naar voren. Op dit moment wordt energie verbruikt (ATP-hydrolyse treedt op). Daarna begint het "vrije" been (groen in de figuren) chaotisch aan het scharnier te bungelen. Dit is niets meer dan een Brownse beweging. Tegelijkertijd konden wetenschappers trouwens voor het eerst aantonen dat het scharnier dat de benen van myosine V verbindt, hun bewegingen helemaal niet beperkt. Vroeg of laat raakt het groene been het uiteinde van het actinefilament en hecht het zich eraan vast. De plaats waar hij aan het touwtje komt te zitten (en dus de paslengte) wordt geheel bepaald door de vaste helling van het blauwe been.

In het experiment duurde het zoeken naar het actinefilament met het vrije been van myosine V enkele seconden; in een levende cel gebeurt dit blijkbaar sneller, aangezien myosine daar loopt zonder gewichten op zijn poten. Gewichten - bijvoorbeeld intracellulaire blaasjes omgeven door membranen - zijn niet bevestigd aan de benen, maar aan dat deel van het molecuul dat in de figuur wordt weergegeven als een "staart".