I ricercatori Crea alta risoluzione istantanee di piccolo motore della vita

Published on February 17, 2010 at 6:25 PM

Più piccolo motore della vita, una proteina che le cellule navette merci all'interno delle cellule e aiuta a dividere, lo fa da dondolo su e giù come un'altalena, secondo una ricerca condotta da scienziati del US Department of Energy del Lawrence Berkeley National Laboratory e Brandeis University.

Un motore molecolare dà i suoi segreti. Immagini al microscopio elettronico di kinesina, uno dei più piccoli motori molecolari della vita, sono stati utilizzati per ricavare nuove, altamente dettagliate mappe 3-D (superficie trasparente) del motore congelato in azione. Inserendo modelli atomici (nastri colorati) in 3-D mappe, un meccanismo dettagliato è stata derivata come una singola molecola di combustibile biologico, denominato ATP, inizia il movimento del motore. (Immagine di Charles Sindelar, Brandeis University)

I ricercatori hanno creato ad alta risoluzione snapshot di un motore proteina, chiamata chinesina, come camminare lungo un microtubulo, che sono a forma di tubo strutture che formano una cella "scheletro". Il risultato è la più vicina a guardare ancora i cambiamenti strutturali delle proteine ​​chinesina subiscono in quanto traghetto molecole all'interno delle cellule.

"Vediamo per la prima volta come chinesina di parti in movimento su scala atomica permettono di tirare se stessa e il suo carico lungo un microtubulo", dice Ken Downing, un biofisico con la divisione di Berkeley Lab Life Sciences. Ha condotto la ricerca con colleghi postdoctoral Charles Sindelar, oggi alla Brandeis University.

"Abbiamo scoperto che c'è un punto cardine, in cui il motore chinesina attribuisce al microtubulo, che agisce come un fulcro e provoca chinesina al rock su e giù come un'altalena che si muove lungo i microtubuli", aggiunge Downing.

La loro ricerca è riportato questa settimana nell'edizione online del Proceedings of National Academy of Sciences.

Il primo assaggio di movimento altalena chinesina offre strumenti strategici per affrontare uno dei processi fondamentali della vita. Alimentata da una energia che dà composto chiamato ATP, chinesina proteine ​​motrici lungo i microtubuli, come i treni su un binario della ferrovia, carico di traino per varie posizioni all'interno delle cellule e l'assistenza nella divisione cellulare. I microtubuli sono un tessuto cilindrico di proteine ​​che si trovano in tutto le cellule che fungono da impalcatura cellulare.

Finora, gli scienziati non hanno un quadro chiaro di ciò che accade quando l'ATP si lega con kinesina, e soprattutto come questo processo innesca cambiamenti strutturali in chinesina che spingono la proteina lungo i microtubuli.

Estremamente immagini ad alta risoluzione cristallografia dei motori chinesina hanno permesso ai ricercatori di ricostruire la proteina struttura tridimensionale. Ma queste immagini non rivelano come funziona.

"Il problema è che non è fino a quando il motore si lega a una proteina microtubuli che si verificano riarrangiamenti strutturali che consentono di idrolisi dell'ATP, il processo che trasferisce energia da ATP per kinesina", dice Downing.

Per chinesina immagine in questa fase critica, Downing e Sindelar rivolto alla microscopia cryoelectron, che è un tipo di microscopia elettronica in cui si studia il campione a temperature estremamente basse. La tecnologia viene utilizzata dai biologi strutturali alle proteine ​​e altre molecole immagine come appaiono in condizioni reali, in questo caso una proteina chinesina collegato a un microtubulo.

La tecnica ha dato 8-9 angstrom risoluzione istantanee del motore chinesina in quattro fasi del ciclo del motore mentre si muove lungo un microtubulo. Un angstrom corrisponde a un decimo di miliardesimo di metro. Utilizzando queste immagini come guida, i ricercatori hanno poi "cadere in" immagini a risoluzione ancora più elevata cristallografiche dei componenti del chinesina. Questo passo ha permesso loro di ricavare modelli strutturali a livello atomico di chinesina in azione.

"Nel complesso, questo lavoro fornisce una dettagliata spiegazione molecolare per chinesina di microtubuli attaccati colpo di potere", dice Downing. "In altre parole, possiamo vedere come funziona nella vita reale. Abbiamo esaminato chinesina in fasi diverse, e ho imparato che cosa provoca lo spostamento da una conformazione ad un altro, che è come tira carico lungo il microtubulo."

Oltre a chiarire ulteriormente un processo chiave biologica, la ricerca e Downing Sindelar può informare lo sviluppo della malattia-lotta contro la droga. Uno dei compiti principali chinesina è in movimento a parte cromosomi durante la divisione cellulare. Tutto ciò che blocca questo processo porterà alla morte cellulare, che è alla base di terapie antitumorali diversi quali taxolo.

"Nuove scoperte sul modo in cui funziona chinesina potrebbe consentire agli scienziati di sviluppare farmaci che i movimenti chinesina identificare e bloccare particolare", dice Downing.

Last Update: 4. October 2011 20:28

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