Молекулярный двигатель внутри клеток
Ученые сообщили об обнаружении нового типа молекулярного двигателя, который преобразует энергию в движение. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.Биофизики из Германии и Индии открыли новую молекулярную систему, которая использует альтернативную химическую энергию и применяет новый механизм для выполнения механической работы. Многократно сжимаясь и расширяясь, двухкомпонентный «мотор» работает аналогично классическому двигателю Стирлинга и помогает распределять груз по связанным с мембраной органеллам.
Клетки обладают удивительной способностью аккуратно организовывать свое внутреннее пространство с помощью крошечных белковых механизмов, называемых молекулярными моторами, которые генерируют направленные движения. Большинство из них используют для работы обычный вид топлива, своего рода химическую энергию, аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ).
В своем исследовании ученые изучили молекулярный двигатель, состоящий из двух белков, EEA1 и Rab5. Эти нитевидные белки EEA1 могут распознавать Rab5, присутствующий в мембране везикул, и связываться с ним. Связывание посылает сообщение вдоль удлиненной структуры нитевидного белка, повышая тем самым его гибкость, подобно тому, как приготовление пищи размягчает спагетти. Такое изменение гибкости создает силу, которая притягивает везикулу к мембране-мишени, где происходит стыковка и слияние.
Изучая работу этого белкового механизма с помощью лазерных сканирующих и световых микроскопов, исследователи показали, что белок EEA1 может проходить несколько циклов перехода от жесткого к гибкому и обратно исключительно за счет химической энергии, высвобождаемой при его взаимодействии с Rab5, без использования АТФ.
Исследователи разработали новую физическую модель для описания связи между химическими и механическими этапами в молекулярном двигателе. Они также смогли рассчитать термодинамическую эффективность системы, которая сравнима с классическими моторными белками, управляемыми АТФ.