Fliegender Gang: Was passiert mit dem Protein in einer lebenden Zelle

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Viele ahnen nicht einmal, wie wirklich erstaunliche Prozesse in uns ablaufen. Ich schlage vor, Sie schauen sich die mikroskopische Welt weiter an, die Sie erst mit dem Aufkommen der neuesten Elektronenmikroskope der neuen Generation sehen konnten.

Bereits 2007 konnten japanische Forscher unter dem Mikroskop die Arbeit eines der "molekularen Motoren" einer lebenden Zelle beobachten - des wandelnden Proteins Myosin V, das sich aktiv entlang der Aktinfasern bewegen und die daran befestigten Gewichte ziehen kann. Jeder Schritt von Myosin V beginnt damit, dass eines seiner "Beine" (Rücken) vom Aktinfilament getrennt wird. Dann beugt sich das zweite Bein nach vorne und das erste dreht sich frei auf dem "Scharnier", das die Beine des Moleküls verbindet, bis es versehentlich das Aktinfilament berührt. Das Endergebnis der chaotischen Bewegung des ersten Beines erweist sich aufgrund der festen Position des zweiten als streng determiniert.

Lassen Sie uns mehr darüber herausfinden …

… Kinesin geht so

Alle aktiven Bewegungen lebender Organismen (von der Bewegung der Chromosomen während der Zellteilung bis zur Muskelkontraktion) basieren auf der Arbeit von "molekularen Motoren" - Proteinkomplexen, deren Teile sich relativ zueinander bewegen können. In höheren Organismen sind die wichtigsten molekularen Motoren Myosinmoleküle verschiedener Typen (I, II, III usw. bis XVII), die sich aktiv entlang der Aktinfasern bewegen können.

Viele "molekulare Motoren", einschließlich Myosin V, verwenden das Prinzip der Gehbewegung. Sie bewegen sich in diskreten Schritten von etwa gleicher Länge, und abwechselnd liegt der eine oder andere der beiden "Schenkel" des Moleküls vorne. Viele Details dieses Prozesses bleiben jedoch unklar.

Forscher des Department of Physics der Waseda University in Tokio haben eine Technik entwickelt, mit der man die Arbeit von Myosin V in Echtzeit unter einem Mikroskop beobachten kann. Dazu konstruierten sie ein modifiziertes Myosin V, bei dem die Beinschäfte die Eigenschaft haben, fest an Tubulin-Mikrotubuli zu „kleben“.

Durch Zugabe von Mikrotubuli-Fragmenten zu der Lösung von modifiziertem Myosin V erhielten die Wissenschaftler mehrere Komplexe, bei denen ein Stück eines Mikrotubulus nur an einem Bein von Myosin V haftete, während das andere frei blieb. Diese Komplexe behielten die Fähigkeit, entlang der Aktinfasern zu "laufen", und ihre Bewegungen konnten beobachtet werden, da die Fragmente der Mikrotubuli viel größer sind als Myosin selbst und außerdem mit fluoreszierenden Markierungen markiert waren. In diesem Fall wurden zwei Versuchsanordnungen verwendet: In einem Fall wurde eine Aktinfaser im Raum fixiert und die Beobachtungen wurden über die Bewegung eines Mikrotubulusfragments durchgeführt, und im zweiten wurde ein Mikrotubulus fixiert und die Bewegung eines Aktinfaserfragment wurde beobachtet.

Als Ergebnis wurde der „Gang“von Myosin V sehr detailliert untersucht (siehe erste Abbildung). Jeder Schritt beginnt damit, dass sich das „hintere“Bein des Myosins von der Aktinfaser trennt. Dann beugt sich das Bein, das an der Faser befestigt bleibt, scharf nach vorne. In diesem Moment wird Energie verbraucht (ATP-Hydrolyse tritt auf). Danach beginnt das „freie“Bein (in den Abbildungen grün) chaotisch am Scharnier zu baumeln. Dies ist nichts anderes als eine Brownsche Bewegung. Gleichzeitig konnten Wissenschaftler übrigens erstmals zeigen, dass das Gelenk, das die Beine von Myosin V verbindet, ihre Bewegungen überhaupt nicht einschränkt. Früher oder später berührt das grüne Bein das Ende des Aktinfilaments und heftet sich daran an. Die Stelle, an der es an der Schnur befestigt wird (und damit die Schrittlänge), wird vollständig durch die feste Neigung des blauen Beins bestimmt.

Im Experiment dauerte die Suche nach dem Aktinfilament mit dem freien Bein von Myosin V mehrere Sekunden; in einer lebenden Zelle geht dies offenbar schneller, da Myosin dort ohne Gewichte auf den Beinen läuft. Gewichte - zum Beispiel von Membranen umgebene intrazelluläre Vesikel - sind nicht an den Beinen befestigt, sondern an dem Teil des Moleküls, der in der Abbildung als "Schwanz" dargestellt ist.