Dáng đi: Điều gì xảy ra với protein bên trong tế bào sống

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Nhiều người thậm chí không nghi ngờ quá trình thực sự tuyệt vời đang diễn ra bên trong chúng ta như thế nào. Tôi khuyên bạn nên nhìn xa hơn về thế giới vi mô, nơi bạn chỉ có thể nhìn thấy khi có sự ra đời của kính hiển vi điện tử thế hệ mới nhất.

Trở lại năm 2007, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã có thể quan sát dưới kính hiển vi hoạt động của một trong những "động cơ phân tử" của tế bào sống - protein đi bộ myosin V, có thể chủ động di chuyển dọc theo các sợi actin và kéo các trọng lượng gắn vào nó. Mỗi bước của myosin V bắt đầu với thực tế là một trong những "chân" (lưng) của nó được tách ra khỏi sợi actin. Sau đó, chân thứ hai uốn cong về phía trước, và chân thứ nhất quay tự do trên "bản lề" nối các chân của phân tử, cho đến khi nó vô tình chạm vào sợi actin. Kết quả cuối cùng của chuyển động hỗn loạn của lượt đi hóa ra được xác định chặt chẽ do vị trí cố định của lượt về.

Hãy cùng tìm hiểu thêm về điều này …

… kinesin bước đi như thế này

Bất kỳ chuyển động tích cực nào được thực hiện bởi các sinh vật sống (từ sự di chuyển của các nhiễm sắc thể trong quá trình phân chia tế bào đến sự co cơ) đều dựa trên hoạt động của "động cơ phân tử" - phức hợp protein, các bộ phận của chúng có thể di chuyển tương đối với nhau. Ở các sinh vật bậc cao, động cơ phân tử quan trọng nhất là các phân tử myosin thuộc nhiều loại khác nhau (I, II, III, v.v., đến XVII), có khả năng di chuyển tích cực dọc theo các sợi actin.

Nhiều "động cơ phân tử", bao gồm myosin V, sử dụng nguyên tắc chuyển động đi bộ. Chúng di chuyển theo các bước rời rạc có độ dài xấp xỉ bằng nhau, và luân phiên một trong hai "chân" của phân tử ở phía trước. Tuy nhiên, nhiều chi tiết của quá trình này vẫn chưa rõ ràng.

Các nhà nghiên cứu tại Khoa Vật lý, Đại học Waseda ở Tokyo đã phát triển một kỹ thuật cho phép bạn quan sát hoạt động của myosin V trong thời gian thực dưới kính hiển vi. Để làm được điều này, họ đã tạo ra một myosin V đã được sửa đổi, trong đó các trục chân có đặc tính "bám" chắc vào các vi ống tubulin.

Bằng cách thêm các đoạn vi ống vào dung dịch myosin V đã biến tính, các nhà khoa học đã thu được một số phức hợp trong đó một đoạn vi ống chỉ bám vào một chân của myosin V, còn đoạn kia vẫn tự do. Các phức hợp này vẫn giữ được khả năng "đi bộ" dọc theo các sợi actin, và có thể quan sát được chuyển động của chúng, vì các mảnh vi ống lớn hơn nhiều so với bản thân myosin, và hơn nữa, chúng còn được dán nhãn huỳnh quang. Trong trường hợp này, hai thiết kế thử nghiệm đã được sử dụng: trong một trường hợp, một sợi actin được cố định trong không gian và các quan sát được thực hiện về chuyển động của một đoạn vi ống, và trong trường hợp thứ hai, một vi ống được cố định và chuyển động của một đoạn sợi actin được quan sát thấy.

Kết quả là, “dáng đi” của myosin V đã được nghiên cứu rất chi tiết (xem hình đầu tiên). Mỗi bước bắt đầu với chân “lưng” của myosin tách ra khỏi sợi actin. Sau đó, chân đó, vẫn còn dính vào sợi, nghiêng hẳn về phía trước. Chính lúc này năng lượng đã bị tiêu hao (xảy ra quá trình thủy phân ATP). Sau đó, chân “tự do” (màu xanh lá cây trong các hình vẽ) bắt đầu đung đưa một cách hỗn loạn trên bản lề. Đây không gì khác hơn là chuyển động Brown. Đồng thời, bằng cách này, các nhà khoa học lần đầu tiên có thể chứng minh rằng bản lề kết nối các chân của myosin V hoàn toàn không hạn chế chuyển động của chúng. Không sớm thì muộn, chân xanh sẽ chạm vào phần cuối của sợi actin và tự gắn vào đó. Nơi mà nó sẽ gắn vào dây (và do đó là chiều dài sải chân) hoàn toàn được xác định bởi độ nghiêng cố định của chân màu xanh lam.

Trong thí nghiệm, việc tìm kiếm sợi actin có chân tự do của myosin V mất vài giây; trong tế bào sống, điều này dường như xảy ra nhanh hơn, vì ở đó myosin đi bộ mà không cần trọng lượng trên chân của nó. Trọng lượng - ví dụ, các túi nội bào được bao quanh bởi màng - không gắn vào chân, mà gắn vào phần đó của phân tử, được mô tả như một "cái đuôi" trong hình.