Andatura volante: cosa succede alla proteina all'interno di una cellula vivente

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Molti non sospettano nemmeno come dentro di noi stiano avvenendo processi davvero sorprendenti. Ti suggerisco di guardare oltre al mondo microscopico, che sei riuscito a vedere solo con l'avvento dei microscopi elettronici di ultima generazione.

Nel 2007, i ricercatori giapponesi sono stati in grado di osservare al microscopio il lavoro di uno dei "motori molecolari" di una cellula vivente: la proteina ambulante miosina V, che può muoversi attivamente lungo le fibre di actina e trascinare i pesi ad essa collegati. Ogni passo della miosina V inizia con il fatto che una delle sue "gambe" (posteriore) è separata dal filamento di actina. Quindi la seconda gamba si piega in avanti e la prima ruota liberamente sulla "cerniera" che collega le gambe della molecola, fino a quando non tocca accidentalmente il filamento di actina. Il risultato finale del movimento caotico della prima tappa risulta essere strettamente determinato dalla posizione fissa della seconda.

Scopriamo di più su questo…

…kinesin cammina così

Qualsiasi movimento attivo eseguito da organismi viventi (dal movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare alle contrazioni muscolari) si basa sul lavoro dei "motori molecolari" - complessi proteici, parti delle quali sono in grado di muoversi l'una rispetto all'altra. Negli organismi superiori, i più importanti dei motori molecolari sono molecole di miosina di vario tipo (I, II, III, ecc., fino a XVII), che sono in grado di muoversi attivamente lungo le fibre di actina.

Molti "motori molecolari", inclusa la miosina V, utilizzano il principio del movimento a piedi. Si muovono in passi discreti di circa la stessa lunghezza, e alternativamente l'una o l'altra delle due "gambe" della molecola è davanti. Tuttavia, molti dettagli di questo processo rimangono poco chiari.

I ricercatori del Dipartimento di Fisica della Waseda University di Tokyo hanno sviluppato una tecnica che consente di osservare il lavoro della miosina V in tempo reale al microscopio. Per fare ciò, hanno costruito una miosina V modificata, in cui le aste delle gambe hanno la proprietà di "attaccarsi" saldamente ai microtubuli della tubulina.

Aggiungendo frammenti di microtubuli alla soluzione di miosina V modificata, gli scienziati hanno ottenuto diversi complessi in cui un pezzo di microtubulo aderisce solo a una gamba della miosina V, mentre l'altra è rimasta libera. Questi complessi conservavano la capacità di "camminare" lungo le fibre di actina e si potevano osservare i loro movimenti, poiché i frammenti di microtubuli sono molto più grandi della miosina stessa e, inoltre, sono stati etichettati con etichette fluorescenti. In questo caso sono stati utilizzati due disegni sperimentali: in un caso, è stata fissata una fibra di actina nello spazio, e le osservazioni sono state effettuate sul movimento di un frammento di microtubulo, e nel secondo, è stato fissato un microtubulo e il movimento di un è stato osservato un frammento di fibra di actina.

Di conseguenza, l'"andatura" della miosina V è stata studiata in modo molto dettagliato (vedi la prima figura). Ogni passo inizia con la gamba "posteriore" della miosina che si separa dalla fibra di actina. Allora quella gamba, che rimane attaccata alla fibra, si piega bruscamente in avanti. È in questo momento che si consuma energia (si verifica l'idrolisi dell'ATP). Successivamente, la gamba "libera" (verde nelle figure) inizia a penzolare caoticamente sul cardine. Questo non è altro che moto browniano. Allo stesso tempo, tra l'altro, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare per la prima volta che la cerniera che collega le gambe della miosina V non limita affatto i loro movimenti. Prima o poi, la gamba verde tocca l'estremità del filamento di actina e vi si attacca. Il punto in cui si attaccherà alla corda (e quindi la lunghezza del passo) è interamente determinato dall'inclinazione fissa della gamba blu.

Nell'esperimento, la ricerca del filamento di actina con la gamba libera della miosina V ha richiesto diversi secondi; in una cellula vivente, ciò apparentemente avviene più velocemente, poiché lì la miosina cammina senza pesi sulle gambe. I pesi - ad esempio vescicole intracellulari circondate da membrane - non sono attaccati alle gambe, ma a quella parte della molecola, che nella figura è raffigurata come una "coda".