הליכה מעופפת: מה קורה לחלבון בתוך תא חי

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

רבים אפילו לא חושדים עד כמה תהליכים מדהימים באמת מתרחשים בתוכנו. אני מציע לך להסתכל הלאה על העולם המיקרוסקופי, שהצלחת לראות רק עם הופעת מיקרוסקופי אלקטרונים מהדור החדש האחרון.

עוד ב-2007, הצליחו חוקרים יפנים לצפות במיקרוסקופ בעבודתו של אחד ה"מנועים המולקולריים" של תא חי - החלבון ההליכה מיוזין V, שיכול לנוע באופן פעיל לאורך סיבי האקטין ולגרור את המשקולות המחוברות אליו. כל שלב של מיוזין V מתחיל בעובדה שאחת מ"רגליו" (הגב) מופרדת מחוט האקטין. ואז הרגל השנייה מתכופפת קדימה, והראשונה מסתובבת בחופשיות על ה"ציר" המחבר את רגלי המולקולה, עד שהיא נוגעת בטעות בחוט האקטין. התוצאה הסופית של התנועה הכאוטית של הרגל הראשונה מתבררת כקבועה בקפדנות בשל המיקום הקבוע של השנייה.

בואו לגלות עוד על זה…

… קינסין הולך ככה

כל תנועות אקטיביות המבוצעות על ידי אורגניזמים חיים (מתנועת הכרומוזומים במהלך חלוקת התא ועד להתכווצויות השרירים) מבוססות על עבודתם של "מנועים מולקולריים" - קומפלקסים של חלבונים, שחלקים מהם מסוגלים לנוע זה ביחס לזה. באורגניזמים גבוהים יותר, החשובות מבין המנועים המולקולריים הן מולקולות מיוזין מסוגים שונים (I, II, III וכו', עד XVII), המסוגלות לנוע באופן פעיל לאורך סיבי האקטין.

"מנועים מולקולריים" רבים, כולל מיוזין V, משתמשים בעיקרון של תנועת הליכה. הם נעים בצעדים נפרדים בעלי אותו אורך בערך, ולסירוגין אחת או השנייה משתי ה"רגליים" של המולקולה נמצאת מלפנים. עם זאת, פרטים רבים של תהליך זה נותרו לא ברורים.

חוקרים מהמחלקה לפיזיקה, אוניברסיטת וואסדה בטוקיו פיתחו טכניקה המאפשרת לך לצפות בעבודתו של מיוזין V בזמן אמת תחת מיקרוסקופ. לשם כך, הם בנו מיוזין V שונה, שבו לפירי הרגליים יש את התכונה "להיצמד" בחוזקה למיקרוטובולין של טובולין.

על ידי הוספת שברי מיקרו-צינוריות לתמיסה של מיוזין V שעבר שינוי, השיגו המדענים כמה קומפלקסים שבהם חתיכת מיקרו-צינורית נדבקה רק לרגל אחת של מיוזין V, בעוד השנייה נותרה חופשית. קומפלקסים אלו שמרו על היכולת "ללכת" לאורך סיבי האקטין, וניתן היה לראות את תנועותיהם, שכן שברי המיקרוטובולים גדולים בהרבה מהמיוזין עצמו, ויתרה מכך, הם סומנו עם תוויות פלורסנט. במקרה זה, נעשה שימוש בשני עיצובים ניסויים: במקרה אחד, סיב אקטין היה מקובע בחלל, והתצפיות בוצעו על תנועת שבר מיקרו-צינורית, ובמקרה השני, מיקרו-צינורית נקבעה ותנועתו של נצפה שבר של סיבי אקטין.

כתוצאה מכך, "ההליכה" של מיוזין V נחקרה בפירוט רב (ראה האיור הראשון). כל שלב מתחיל עם הרגל ה"אחורית" של המיוזין נפרדת מסיב האקטין. ואז הרגל הזו, שנשארת מחוברת לסיב, רוכנת קדימה בחדות. ברגע זה צורכים אנרגיה (הידרוליזה של ATP מתרחשת). לאחר מכן, הרגל ה"חופשית" (ירוק בדמויות) מתחילה להתנדנד בצורה כאוטית על הציר. זו לא יותר מתנועה בראונית. במקביל, אגב, מדענים הצליחו להראות לראשונה שהציר המחבר את רגליו של מיוזין V אינו מגביל כלל את תנועותיהם. במוקדם או במאוחר, הרגל הירוקה נוגעת בקצה חוט האקטין ומתחברת אליו. המקום שבו הוא יתחבר למיתר (ולכן אורך הצעד) נקבע לחלוטין על ידי הנטייה הקבועה של הרגל הכחולה.

בניסוי, החיפוש אחר חוט האקטין עם הרגל החופשית של מיוזין V ארך מספר שניות; בתא חי, זה כנראה קורה מהר יותר, שכן שם המיוזין הולך ללא משקולות על רגליו. משקולות - למשל שלפוחיות תוך-תאיות המוקפות בממברנות - אינן מחוברות לרגליים, אלא לאותו חלק של המולקולה, המתואר כ"זנב" באיור.