Voor het eerst is de 'stijve benen' wandeling van een motoreiwit langs een koordachtig filament vastgelegd.

Omdat cellen in veel delen zijn verdeeld die verschillende functies hebben, moeten sommige cellulaire goodies van het ene deel van de cel naar het andere worden getransporteerd om soepel te kunnen functioneren. Er is een hele klasse van eiwitten die 'moleculaire motoren' worden genoemd, zoals myosine 5, die gespecialiseerd zijn in het vervoer van vracht met chemische energie als brandstof.

Opmerkelijk, deze eiwitten functioneren niet alleen als vrachtwagens op nanoschaal, ze zien er ook uit als een tweebenig wezen dat heel kleine stappen neemt. Maar hoe Myosin 5 dit precies deed, was onduidelijk.

De beweging van myosine 5 is nu vastgelegd door een team onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Oxford met behulp van een nieuwe microscopietechniek die kleine stapjes van tientallen nanometers kan 'zien', vastgelegd met maximaal 1000 frames per seconde. De bevindingen zijn van belang voor iedereen die de basis van de cellulaire functie probeert te begrijpen, maar kan ook helpen bij het ontwerpen van efficiënte nanomachines.

'Tot nu, we geloofden dat het soort bewegingen of stappen die deze eiwitten maakten willekeurig en vrij vloeiend waren omdat geen van de experimenten anders suggereerde, ' zei Philipp Kukura van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Oxford, die het onderzoek leidde dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd eLife . 'Echter, wat we hebben laten zien is dat de bewegingen slechts willekeurig leken; als je de mogelijkheid hebt om de beweging met voldoende snelheid en precisie te bekijken, er ontstaat een rigide looppatroon.'

Een van de belangrijkste problemen voor degenen die eiwitten op een walkabout proberen te vangen, is dat deze moleculen niet alleen klein zijn - met stappen die veel kleiner zijn dan de golflengte van licht en dus de resolutie van de meeste optische microscopen - maar dat ze ook heel snel bewegen.

Philipp beschrijft hoe het team moest overstappen van het microscoop-equivalent van een iPhone-camera naar iets dat meer lijkt op de hogesnelheidscamera's die worden gebruikt om snelheidskogels vast te leggen. Zelfs met zulke nauwkeurige apparatuur moest het team de 'voeten' van het eiwit taggen om zijn gang precies in beeld te brengen:één voet was gemerkt met een kwantumdot, de andere met een gouddeeltje van slechts 20 nanometer doorsnee. (Verwarrend, technisch sprekend, deze 'voeten' worden de 'koppen' van het eiwit genoemd omdat ze aan het actinefilament binden).

Dus hoe gaat myosine van A naar B?

De onderzoekers hebben een korte animatie gemaakt [zie hierboven] om te laten zien wat hun beeldvorming onthulde:dat Myosin 5a regelmatig 'stijve benen' stappen neemt van 74 nanometer lang. De beweging lijkt op het draaien van een deelkompas dat wordt gebruikt om afstanden op een kaart te meten. Bij elke stap binden de koppen van Myosin 5a zich aan het actinefilament voordat ze worden losgelaten om een ​​volgende stap te zetten. In de animatie vertegenwoordigen vliegende snoepjes ATP, die de energie levert om het motoreiwit aan te drijven.

'Ik beschrijf de beweging als een beetje zoals de wandelingen in de Monty Python-schets over het Ministry of Silly Walks, ' zei Filip. Hij voegt eraan toe dat we ons moeten voorstellen dat deze beweging plaatsvindt in een vijandige en chaotische omgeving op nanoschaal:'Beschouw het als een koorddans in een orkaan terwijl je wordt bekogeld met tennisballen.'

'We hebben een zeer efficiënte manier ontdekt waarop een eiwit kan doen wat het moet doen, dat is verplaatsen en vrachten van A naar B vervoeren, ' legt Filip uit. 'Vóór onze ontdekking dachten mensen misschien dat kunstmatige nanomachines konden vertrouwen op willekeurige bewegingen om zich te verplaatsen, maar ons werk suggereert dat dit inefficiënt zou zijn. Dit onderzoek laat zien dat als we machines willen bouwen die net zo efficiënt zijn als in de natuur, we misschien een andere aanpak moeten overwegen.'

Het lijkt erop dat als je kleine machines ontwerpt 'domme' wandelingen misschien toch niet zo gek zijn.