science >> Wetenschap >  >> Biologie

Nieuwe intermoleculaire oppervlaktekracht onthult actomyosine-aandrijfmechanisme

Een nieuw krachtgeneratiemechanisme van actomyosine. Een actinefilament (F-actine) produceert een elektrisch veld (zwarte pijlen) zo hoog als 100 MV/m rond F-actine vanwege de negatieve oppervlakteladingen. De watermoleculen in zo'n hoog elektrisch veld worden hypermobiele watermoleculen (HMW, lichtgroen) in de buurt van F-actine. Anderzijds, ATP in oplossing bindt met een myosinekop (oranje) en wordt in de kop gesplitst in adenosinedifosfaat (ADP) en anorganisch fosfaat (Pi). Wanneer de myosinekop met ADP en Pi bindt met F-actine (oranjerood), verschillende actine-subeenheden veranderen hun structuur (beige). Dan neemt de elektrische veldsterkte rond deze veranderde actine-subeenheden af ​​en neemt ook de HMW-intensiteit af (lichtblauw) om dicht bij vrij water te komen. In de huidige studie, de eiwithydratatietoestand is stabieler gebleken in het sterkere HMW-gebied. In de figuur, de myosinekop wordt naar rechts gedreven waar de HMW-intensiteit sterker is (lichtgroen), met losmaken van F-actine en opnieuw hechten met F-actine. De kracht geëvalueerd door de huidige methode is zo hoog als enkele piconewtons, wat op het niveau van de experimentele waarden ligt. Dit kan een principe zijn van een nieuwe oppervlaktekracht die werkt tussen een geladen macromolecuul, zoals eiwitten en DNA, en een opgelost eiwit dat breed toepasbaar is op wetenschap en technologie. Krediet:Makoto Suzuki

Het actine- en myosinecomplex (actomyosine) genereert contractiekracht van een spier met behulp van de hydrolysereactie van adenosinetrifosfaat (ATP). Er zijn dus veel pogingen gedaan om de moleculaire oorsprong van de actomyosine-motiliteit te verklaren.

Een myosine-krachtslagmodel, voorgesteld door Huxley en Simmons in 1971, initieerde veel onderzoek, waaronder atomaire structuurstudies en het onderzoek naar de moleculaire biologie van myosine- en actine-moleculen. Het krachtslagmodel, de laatste tijd gewijzigd, wordt algemeen overgenomen in standaard biologieboeken.

Echter, er blijft een serieus probleem. Volgens de experimentele thermodynamische gegevens, de ATP-hydrolyse in de myosinekop produceert geen myosinetoestand met voldoende energie om de contractiekracht te genereren.

Nutsvoorzieningen, een onderzoeksgroep, onder leiding van emeritus professor Makoto Suzuki aan de Tohoku University in samenwerking met professor Nobuyuki Matubayasi aan de Osaka University, is erin geslaagd het actomyosine-aandrijfmechanisme te verklaren volgens de experimentele thermodynamische gegevens.

In de studie, de waterstructuur in de nabijheid van een actinefilament (F-actine) wordt gemodificeerd na binding met een myosinekop die ATP hydrolyseert tot F-actine, dat leidt tot een verandering in de affiniteit met de myosinekop en dus tot het genereren van de drijvende kracht van actomyosine.

De aanwezigheid van de nieuwe intermoleculaire oppervlaktekracht - die voor het eerst werd aangetoond op basis van de huidige hydratatieanalyses - was een opvallende ontdekking. Dit artikel is, daarom, de eerste die met succes het actomyosine-aandrijfmechanisme onthulde door een nieuwe intermoleculaire oppervlaktekracht te introduceren.