Թռչող քայլվածք. ինչ է տեղի ունենում կենդանի բջջի ներսում գտնվող սպիտակուցի հետ

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:08

Շատերը նույնիսկ չեն էլ կասկածում, թե որքան իսկապես զարմանալի գործընթացներ են տեղի ունենում մեր ներսում։ Ես առաջարկում եմ ձեզ ավելի մանրամասն նայել մանրադիտակային աշխարհին, որը ձեզ հաջողվեց տեսնել միայն նոր սերնդի էլեկտրոնային մանրադիտակների հայտնվելով:

Դեռ 2007 թվականին ճապոնացի հետազոտողները կարողացան մանրադիտակի տակ դիտարկել կենդանի բջջի «մոլեկուլային շարժիչներից» մեկի աշխատանքը՝ քայլող միոզին V սպիտակուցը, որը կարող է ակտիվորեն շարժվել ակտինի մանրաթելերի երկայնքով և քաշել դրան կցված կշիռները: Միոզին V-ի յուրաքանչյուր քայլ սկսվում է նրանով, որ նրա «ոտքից» մեկը (ետ) անջատված է ակտինի թելիկից։ Այնուհետև երկրորդ ոտքը թեքվում է առաջ, իսկ առաջինը ազատորեն պտտվում է մոլեկուլի ոտքերը միացնող «կախովի» վրա, մինչև այն պատահաբար դիպչում է ակտինի թելքին։ Առաջին ոտքի քաոսային շարժման վերջնական արդյունքը խստորեն որոշված է երկրորդի ֆիքսված դիրքի շնորհիվ։

Եկեք ավելին իմանանք այս մասին…

… kinesin քայլում է այսպես

Կենդանի օրգանիզմների կողմից կատարվող ցանկացած ակտիվ շարժումներ (քրոմոսոմների շարժումից բջիջների բաժանման ժամանակ մինչև մկանների կծկումները) հիմնված են «մոլեկուլային շարժիչների»՝ սպիտակուցային համալիրների աշխատանքի վրա, որոնց մասերը կարողանում են շարժվել միմյանց նկատմամբ: Բարձրագույն օրգանիզմներում մոլեկուլային շարժիչներից ամենակարևորը տարբեր տեսակի միոզինի մոլեկուլներն են (I, II, III և այլն, մինչև XVII), որոնք ունակ են ակտիվորեն շարժվել ակտինի մանրաթելերի երկայնքով։

Շատ «մոլեկուլային շարժիչներ», ներառյալ միոզին V-ն, օգտագործում են քայլելու շարժման սկզբունքը։ Նրանք շարժվում են մոտավորապես նույն երկարության դիսկրետ քայլերով, և հերթափոխով մոլեկուլի երկու «ոտքերից» մեկը կամ մյուսը առջևում է։ Այնուամենայնիվ, այս գործընթացի շատ մանրամասներ մնում են անհասկանալի:

Տոկիոյի Վասեդա համալսարանի ֆիզիկայի բաժանմունքի գիտնականները մշակել են մի տեխնիկա, որը թույլ է տալիս իրական ժամանակում մանրադիտակի տակ դիտել միոզին V-ի աշխատանքը: Դրա համար նրանք կառուցեցին փոփոխված միոզին V, որի ոտքերի լիսեռներն ունեն տուբուլինային միկրոխողովակներին ամուր «կպչելու» հատկություն։

Փոփոխված միոզին V-ի լուծույթին միկրոխողովակների բեկորներ ավելացնելով` գիտնականները ստացան մի քանի բարդույթներ, որոնցում միկրոխողովակի մի կտոր կպչում էր միոզին V-ի միայն մի ոտքին, իսկ մյուսը մնում էր ազատ: Այս բարդույթները պահպանում էին ակտինի մանրաթելերի երկայնքով «քայլելու» ունակությունը, և դրանց շարժումները կարելի էր դիտարկել, քանի որ միկրոխողովակների բեկորները շատ ավելի մեծ են, քան ինքնին միոզինը, և, ավելին, դրանք պիտակավորված էին լյումինեսցենտային պիտակներով: Այս դեպքում կիրառվել են երկու փորձարարական նախագծումներ. մի դեպքում՝ ակտինային մանրաթելն ամրագրվել է տարածության մեջ, իսկ դիտարկումները կատարվել են միկրոխողովակի բեկորի շարժման վրա, իսկ երկրորդում՝ միկրոխողովակ է ամրացվել և շարժվել է նկատվել է ակտին մանրաթելի բեկոր:

Արդյունքում, միոզին V-ի «քայլը» շատ մանրամասն ուսումնասիրվել է (տես առաջին նկարը): Յուրաքանչյուր քայլ սկսվում է միոզինի «հետեւի» ոտքով, որը բաժանվում է ակտինի մանրաթելից: Հետո այդ ոտքը, որը մնում է կպած մանրաթելին, կտրուկ թեքվում է առաջ։ Հենց այս պահին է էներգիան սպառվում (ՏՏՀ հիդրոլիզ է տեղի ունենում): Դրանից հետո «ազատ» ոտքը (նկարներում կանաչ) սկսում է քաոսային կախվել ծխնիի վրա: Սա ոչ այլ ինչ է, քան Բրոունյան շարժում: Միաժամանակ, ի դեպ, գիտնականներն առաջին անգամ կարողացել են ցույց տալ, որ միոզին V-ի ոտքերը միացնող ծխնին ամենևին չի սահմանափակում նրանց շարժումները։ Վաղ թե ուշ կանաչ ոտքը դիպչում է ակտինի թելի ծայրին և կպչում դրան։ Այն վայրը, որտեղ այն կկցվի լարին (և հետևաբար քայլի երկարությունը) ամբողջությամբ որոշվում է կապույտ ոտքի ֆիքսված թեքությամբ:

Փորձի ժամանակ միոզին V-ի ազատ ոտքով ակտինի թելիկի որոնումը տևեց մի քանի վայրկյան; կենդանի խցում դա, ըստ երևույթին, ավելի արագ է տեղի ունենում, քանի որ այնտեղ միոզինը քայլում է առանց կշիռների իր ոտքերի վրա: Կշիռները, օրինակ՝ թաղանթներով շրջապատված ներբջջային վեզիկուլները, ամրացված են ոչ թե ոտքերին, այլ մոլեկուլի այն հատվածին, որը նկարում պատկերված է որպես «պոչ»։