Нобелівська премія, говорите? За молекулярне пристрій, який переміщається по плоскій поверхні? Одноклітинні організми тихо сміються, крутячи джгутиками, похитуючи віями і ложноножкамі. Та й кожен з нас, багатоклітинних, - така складна машина, зроблена з машин, зроблених з ще менших, але все ще складних машинок, яка Декарту не могла наснитися. Молекулярні мотори (це не метафора, а офіційний термін) відповідають за транспорт іонів через мембрану, транспорт пузирьковвезікул, органел і хромосом всередині клітини, ворушіння тих же війок і м'язові скорочення. Одні здійснюють рух по колу (твердження, що «природа не винайшла колеса», невірно: обертових наноколесіков у природи вистачає), інші - лінійне, туди і назад. А треті практикують біпедальное рух. Крім жартів, наші клітини густо населені двоногими крокуючою Наноботів.
Всім відома роль актінміозінового комплексу в м'язовому скороченні. М'язові клітини заповнені миофибриллами, а ті складаються з білкових ниток - філаментів, Актинові і міозінових; ще іноді згадують еластичний білок тітін, що фіксує кінці миозинових филаментов. У клітинах скелетної мускулатури філаменти акуратно покладені в саркомеров - групи скорочувальних одиниць, що мають однакову довжину (чому під мікроскопом і видно характерна для скелетних м'язів поперечна смугастість).
Міозин схожий на дві ключки для гольфу, ручки яких скручені в одну спіраль, а головки чіпляють актинові філаменти і зрушують їх щодо миозинових, тим самим скорочуючи м'яз. Кожна головка розвиває зусилля в лічені піконьютони, але в миозинового филаменте сотні молекул міозину, в м'язовому волокні багато міофібрил, а в м'язі багато волокон, так що сумарне зусилля може бути значним. Цикл повторюється, поки в цитоплазмі є іони кальцію і АТФ.
На електронній мікрофотографії міофібрили добре видно саркомеров, що складаються з Актинові і міозінових філаментів. Реакцію, яка забезпечує скорочення м'язи, можна розділити на чотири етапи.
1. Головка міозину пов'язує молекулу АТФ, при цьому розривається зв'язок між актином і міозином. Тепер миозин може взаємодіяти з новою актиновой субодиницею - зробити «крок» уздовж нитки. (Ця взаємодія пройде до кінця лише в тому випадку, якщо нервовий імпульс підвищить концентрацію іонів кальцію в м'язовому волокні.)
2. Міозин гидролизует АТФ до АДФ і фосфату і міцно зв'язується з актином.
3. Фосфат вивільняється, головка міозину згинається, актинові філаменти переміщаються щодо миозинових.
4. Міозин вивільняє АДФ, але сам залишиться міцно прив'язаним до актину до появи нової молекули АТФ.
Але МІОЗИНУ присутні не тільки в м'язових волокнах: в сімействі миозинов 18 класів. М'язові міозину (клас II) перебирають лапками по актину, як гусінь по травинці. Міозин V і схожий на римську п'ятірку або букву «лямбда»: короткий хвостик і дві головки, або, скоріше, дві ноги, широко крокуючі по актиновой нитки (довжина кроку цілих 36 нм) - а ці нитки пронизують кожну клітину, утворюючи цитоскелет. До хвостику можуть чіплятися везикули, РНК, мітохондрії, і міозин їх тягне куди треба.
Співробітники фізичного факультету токійського Університету Васеда в 2007 році приклеїли до однієї з «ніг» міозину тубулінових мікротрубочками з флуоресцентною міткою, щоб поспостерігати за прогулянкою в реальному часі ( «Science», 2007, 316, 5828, 1208-1212, doi: 10.1126 / science .1140468). З тих пір було зроблено не одне подібне дослідження, і ролики з анімованої реконструкцією гуляють білків - не тільки міозину V, а й інших, наприклад кінезин, що йде по тубулін, - збирають сотні тисяч переглядів. Звичайно, всі розуміють, що білок не наділена розумом і характером, що це просто біомашінка, але, дивлячись, як він ляскає вперед з апломбом і грацією діснеївського гнома, та ще тягне за собою величезний мішок везикули, - неможливо не посміхнутися.
Гуляють білки в мальованих відеороликах так загрібають ногами не заради сміху. Найбільш правдоподібні моделі - саме ті, де хода у них як у сильно п'яного або стукнути по голові героя мультика. Коли та нога, що ззаду, відривається від актину, передня нахиляється вперед під гострим кутом (на це витрачається енергія АТФ). А вільну ногу закидає вперед броунівський рух. Дією інерції і сили тяжіння для білків в розчині можна знехтувати, а ось тепловий рух молекул враховувати необхідно. Воно і визначає витонченість ходи.
Автор цієї замітки не прагне применшити заслуги лауреатів 2016 року. Якщо у кого-то (тим більше у самій еволюції!) Результати краще наших, це не привід для засмучення, а нова мета. Хто знає, може бути, моторчик і машинка Бена Ферінги - лише перший крок, а в кінці шляху - роботи, що складаються з маленьких механізмів, такі ж складні, як ми самі.
Відеоролики з перехожими білками
Міозин V ( https://www.youtube.com/watch?v=KfEbuHCGIIo) . Реальні відеокадри можна подивитися в додатках до статті «Video imaging of walking myosin V by highspeed atomic force microscopy» (Kodera et al, «Nature», 2010, 468, 7320, 72-76, doi: 10.1038 / nature09450).
кінезин ( https://www.youtube.com/watch?v=y-uuk4Pr2i8 ).
За молекулярне пристрій, який переміщається по плоскій поверхні?Com/watch?
Com/watch?
