Gaya berjalan terbang: apa yang terjadi pada protein di dalam sel hidup

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Banyak yang bahkan tidak curiga betapa proses yang benar-benar menakjubkan terjadi di dalam diri kita. Saya sarankan Anda melihat lebih jauh ke dunia mikroskopis, yang berhasil Anda lihat hanya dengan munculnya mikroskop elektron generasi terbaru.

Kembali pada tahun 2007, peneliti Jepang dapat mengamati di bawah mikroskop kerja salah satu "motor molekuler" sel hidup - protein berjalan myosin V, yang dapat secara aktif bergerak di sepanjang serat aktin dan menyeret beban yang melekat padanya. Setiap langkah miosin V dimulai dengan fakta bahwa salah satu "kakinya" (punggung) dipisahkan dari filamen aktin. Kemudian kaki kedua membungkuk ke depan, dan yang pertama berputar bebas pada "engsel" yang menghubungkan kaki-kaki molekul, hingga secara tidak sengaja menyentuh filamen aktin. Hasil akhir dari gerakan kacau kaki pertama ternyata sangat ditentukan karena posisi tetap yang kedua.

Mari kita cari tahu lebih banyak tentang ini …

… kinesin berjalan seperti ini

Setiap gerakan aktif yang dilakukan oleh organisme hidup (dari pergerakan kromosom selama pembelahan sel hingga kontraksi otot) didasarkan pada kerja "motor molekuler" - kompleks protein, yang bagian-bagiannya dapat bergerak relatif satu sama lain. Pada organisme yang lebih tinggi, motor molekuler yang paling penting adalah molekul miosin dari berbagai jenis (I, II, III, dll., hingga XVII), yang mampu bergerak aktif di sepanjang serat aktin.

Banyak "motor molekuler", termasuk miosin V, menggunakan prinsip gerakan berjalan. Mereka bergerak dalam langkah-langkah diskrit dengan panjang yang kira-kira sama, dan secara bergantian satu atau yang lain dari dua "kaki" molekul berada di depan. Namun, banyak detail dari proses ini masih belum jelas.

Para peneliti di Departemen Fisika, Universitas Waseda di Tokyo telah mengembangkan teknik yang memungkinkan Anda untuk mengamati kerja miosin V secara real time di bawah mikroskop. Untuk melakukan ini, mereka membangun myosin V yang dimodifikasi, di mana batang kaki memiliki sifat "menempel" dengan kuat ke mikrotubulus tubulin.

Dengan menambahkan fragmen mikrotubulus ke dalam larutan miosin V yang dimodifikasi, para ilmuwan memperoleh beberapa kompleks di mana sepotong mikrotubulus hanya melekat pada satu kaki miosin V, sementara yang lain tetap bebas. Kompleks ini mempertahankan kemampuan untuk "berjalan" di sepanjang serat aktin, dan gerakannya dapat diamati, karena fragmen mikrotubulus jauh lebih besar daripada miosin itu sendiri, dan, terlebih lagi, mereka diberi label dengan label fluoresen. Dalam hal ini, dua desain eksperimental digunakan: dalam satu kasus, serat aktin difiksasi di ruang angkasa, dan pengamatan dilakukan pada pergerakan fragmen mikrotubulus, dan pada kasus kedua, mikrotubulus difiksasi dan pergerakan fragmen serat aktin diamati.

Akibatnya, "gaya berjalan" miosin V dipelajari dengan sangat rinci (lihat gambar pertama). Setiap langkah dimulai dengan kaki “belakang” miosin terpisah dari serat aktin. Kemudian kaki itu, yang tetap menempel pada serat, mencondongkan tubuh ke depan dengan tajam. Pada saat inilah energi dikonsumsi (terjadi hidrolisis ATP). Setelah itu, kaki "bebas" (hijau pada gambar) mulai menjuntai dengan kacau di engsel. Ini tidak lebih dari gerak Brown. Pada saat yang sama, omong-omong, para ilmuwan dapat menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa engsel yang menghubungkan kaki miosin V tidak membatasi gerakan mereka sama sekali. Cepat atau lambat, kaki hijau menyentuh ujung filamen aktin dan menempelkannya. Tempat di mana ia akan menempel pada tali (dan karena itu panjang langkahnya) sepenuhnya ditentukan oleh kemiringan tetap dari kaki biru.

Dalam percobaan, pencarian filamen aktin dengan kaki bebas miosin V membutuhkan waktu beberapa detik; dalam sel hidup, ini tampaknya terjadi lebih cepat, karena di sana miosin berjalan tanpa beban di kakinya. Bobot - misalnya, vesikel intraseluler yang dikelilingi oleh membran - tidak melekat pada kaki, tetapi pada bagian molekul itu, yang digambarkan sebagai "ekor" pada gambar.