Цивилизация
Транспорт веществ в клетках нашего организма во многом напоминает движение по дорогам, в котором молекулы специальных белков выступают в роли грузовиков. В качестве хайвеев выступают микротрубочки, пронизывающие всю клетку.
Но работа нанопереносчиков значительно сложней их механизированных коллег по цеху. Во-первых, им приходится проталкиваться через микроокружение в связи с отсутствием на субклеточном уровне «правил движения», а во-вторых, расстояние, на которое они могут перенести груз, ограничено длиной микротрубочки.
Ученые из Института коллоидов имени Макса Планка в Потсдаме, смоделировавшие эту систему, считают, что им еще и приходится бороться друг с другом за груз, который они переносят.
Во внутриклеточном переносе груза участвуют два типа белков — кинезины и динеины. Кинезиновые «двигатели» перемещаются по направлению к условно называемому «положительному» концу микротрубочки, тогда как динеины — к «отрицательному». Прежде учёные полагали, что существует какой-то способ намеренного переключения между этими системами. Однако, как показали немецкие исследователи, выигрывает просто самая сильная команда.
Мелани Мюллер, одна из авторов работы, считает, что «перетягивание каната — самый удачный пример». Именно так всё и происходит, если экспериментально измерить свойства отдельных белков. Как отметила ученый, производимое ими при «перетаскивании» действие не только линейное. Белок из проигрывающей команды попадает под воздействие силы, которая «выбрасывает» его с микротрубочки. Естественно, в его команде остается всё меньше членов, а потому они по одному и вылетают из «игры».
Срабатывает принцип домино, в результате которого выигрывающая команда остается в одиночестве и быстро перемещает груз к своему концу.
«У клетки не остается никакой возможности проверить, туда ли доставлен груз. Вероятнее всего, регуляторные белки не вмешиваются в этот процесс», — уточнили исследователи.
Подтверждение своей модели они нашли на примере транспорта жиров в эмбриональных клетках дрозофилы. Груз не перемещается непрерывно от одного конца микротрубочки к другому. Его постоянно подталкивают и в обратном направлении.
Проигрывающая команда может даже воспользоваться не совсем честными методами и спихнуть победителей с микротрубочки.
В реальных внутриклеточных условиях самым ходовым «грязным» методом игры является локальное нагревание, вызывающее отлипание белков-переносчиков от микротрубочки.
«Этот двусторонний транспорт очень гибкий», — пояснила Мюллер. Он не только может изменить направление, как только груз доставлен до цели, и скорость перемещения различными сочетаниями количества игроков в командах. Такая модель решает и другую важную биологическую проблему — переносчики равномерно распределяются между двумя концами микротрубочек, с которых они могут начать движение, предотвращая скопление на одном конце.
Несмотря на кажущуюся простоту, это взаимодействие обеспечивает семь типов движения. Это и различные комбинации движений к положительному и отрицательному концу, и паузы, позволяющие произвести «выгрузку». Вероятность движения в определенном направлении и остановок напрямую зависит от числа вовлеченных «моторов».
Мюллер предложила и практическую реализацию своей модели. Самый простейший механизм можно использовать для микролабораторий на чипах — доставляя исходные вещества в нужное место и «вывозя» оттуда продукты реакции. По мнению ученых, их количественного описания модели достаточно для создания такой системы. Более детально с работой можно ознакомиться в Proceedings of the National Academy of Sciences.