«Мы можем теперь видеть биологические процессы в молекулярной резолюции и во временных рамках подмиллисекунды», сказал Уильям О. Хэнкок, преподаватель биоинженерии и директор Программы Межвыпускника колледжа в области Биоинженерии, Государственного университета Пенсильвании. «Чтобы понять, как двигатели работают над наноразмерным масштабом и масштабом миллисекунды, который мы должны видеть, как двигатели идут. Мы знаем, что нейроны требуют, чтобы транспорт для них вырос и выжил, и материалы должны поехать из одного конца (нейрона) к другой».
Молекулярные двигатели, в этом случае kinesins, являются небольшими машинами, которые используют химическую энергию произвести механические силы, достаточные, чтобы нести материалы через клетку. У этих молекул есть две конечности, объединенные с устройствами приложения на концах, что исследователи вызывают «головы», но лучше считались бы «ногами».«У болезней как болезнь Альцгеймера, АЛЬС и другие, есть дефекты в транспортном процессе (в нейронах), и не подразумевается на молекулярном уровне, что дефекты и как они затрагивают транспорт», сказал Хэнкок. «Мы думаем, что белки контрольно-пропускного пункта связывают со следами микроканальца и препятствуют моторному движению. Мы можем измерить шаги в контрольно-пропускном пункте, и надо надеяться он поможет нам понять болезненные состояния, где транспорт не работает».
Когда kinesin молекула перемещается из центра микроканальца к концу, это, как правило, несет груз. Одна «нога» свойственна трубочке, и затем другая спина «нога» отделяет, колебание и атташе.
Молекулы очень стабильны в короткий момент, когда обе «ноги» приложены, но меньше во время отделения. Координация приложения и выпуска очень важна в молекуле, успешно спускаясь с трубочки.
Хэнкок и Кит Дж. Миколэджчик, докторант в биоинженерии, отмечают в недавнем выпуске Биофизического Журнала, это «Несмотря на его фундаментальную важность для разнообразия задач, что kinesins выполняют в клетках, никакая существующая количественная модель полностью не объясняет, как структурные различия между kinesins изменяют кинетические ставки…, чтобы вызвать функциональные изменения в processivity».
Processivity – среднее количество шагов, которые может сделать молекулярный двигатель, прежде чем это отделит от микроканальца, и другой должен занять его место.Mickolajczyk построил микроскоп единственной молекулы с высоким разрешением так, чтобы исследователи могли непосредственно видеть молекулярное моторное движение. Чтобы сделать это, они пометили молекулу на одной «ноге» с золотой наночастицей.
Это позволило исследователям следовать за молекулой, отразив различные типы света от золота.Исследователи нашли, что могли смоделировать kinesin движение как гонку между приложением передовой «ноги» и отделением задней «ноги». Этим гуляющим образцом управляют оба химические действия энергетического выпуска от аденозинового трифосфата – биологической молекулы аккумулирования энергии – и механического толчка и напряжения ограничивания и отвязывания. Изменение различных свойств kinesin изменяет показатели отделения и приложение.
Kinesins обычно несут свой груз в пузырьках – подобные воздушному шару, заполненные водой мешочки в клетках. Больше чем один двигатель kinesin может буксировать пузырек за один раз, и двигатели уменьшаются и заменены другими двигателями kinesin во время движения вдоль трубочки. kinesin «ноги» определили местоположения на трубочках, в которых можно связать.
«Разъясняя их ступающие кинетика очень удовлетворяет, потому что эти вопросы были вокруг в течение 20 лет, но только теперь делают у нас есть технология, чтобы ответить на них», сказал Хэнкок.