Menageriet molekylære maskiner i sterkere lys
(Oversatt fra: http://www.evolutionnews.org/2017/02/molecular_machi_4103503.html)


I 1998, overveide tidligere AAAS president Bruce Alberts hva "den neste generasjonen av molekylærbiologer" trengte å studere. Bevis hadde hopet seg opp, om at proteiner ikke bare gjennomgikk kjemiske reaksjoner, men faktisk utførte fysisk arbeid med bevegelige deler. "Ja", sa han i tidsskriftet Cell ", hele cellen kan sees på som en fabrikk som inneholder et utførlig nettverk av sammenflettede samlebånd, som hver er sammensatt av et sett av store proteinmaskiner».


Bilde 1: Kinesin på jobb (i midten), fra "Cellens arbeidshest, kinesin"


På den tiden, erkjente han at "vi har fortsatt enormt mye å lære", men inviterte også unge molekylærbiologer til å engasjere seg i 'fabrikk-metaforen', og sa: «den store fremtid i biologien ligger i å få en detaljert forståelse av de interne virkemåtene av cellens mange fantastiske protein-maskiner. " Nå, nesten tjue år senere, lysene på denne fabrikken er mye lysere. La oss se på noen av maskinene, i enestående detalj levert av fremskritt innen bildebehandling.
Kinesin med gir-kasse. Hva er mer maskin-likt enn gir? En av de kinesin "vandrende" motorene har en gir-veksler, som lar det endre retning. Dette imponerte molekylærbiologer ved Oregon State . Vi leser: «Forskere oppdager at en molekylær motor har en" gir "for retningsbytte". Dette spesielle kinesinet, kalt KlpA, hjelper å trekke kromosomer fra hverandre under celledeling. De fleste kinesiner er som enveis berg-og dalbane biler på sine spor, men denne "inneholder en tannhjulslignende komponent som gjør det i stand til å bytte bevegelses-retning."

Bilde 2. Smartere enn Marve -og snur


"KlpA er et fascinerende motor protein, fordi det er det første i sitt slag til å demonstrere toveis-bevegelse," sa Weihong Qiu. "Det gir en gylden mulighet for oss til å lære av Mor Natur de regler som vi kan bruke, til å designe/utforme motor protein-baserte transportenheter. Forhåpentligvis i nær fremtid, kan vi konstruere motorproteinbaserte robotikk for levering av legemidler på en mer presis og kontrollerbar måte." (Uthevelse tillagt)
For mer om denne fantastiske molekylære maskinen, se vår video, " Cellens arbeidshest: kinesin."


Perfeksjonist redaktør. Som en kresen avisredaktør, går spliceosome til arbeid med "tekst" transkribert fra DNA. Denne store maskinen har vært vanskelig å studere, fordi den er så komplisert. To artikler i Nature diskuterer nye funn om det. I "Strukturen i et spliceosom ombygd for ekson-spleising," Fica og teamet bruker ord som "lasso" og "angrep" for å vise hvordan spliceosome bruker ATP- valuta i det det håver inn målet, skiver og roterer messenger-RNA 'avsnitt' for omorganisering . I "Cryo-EM struktur av et humant spliceosome aktivert for 2 trinn av spleising," beskriver Bertram og team hvordan en del av komplekset griper et intron samt en base, og beveger dem ut av den katalytiske kjernen, for derved å åpne opp plass for ekson til å forankres i riktig posisjon, før den skjøtes inn. Hvordan dette flerkomponent-maskineriet vet hva det skal ta, hvor det skal plasseres, og hvilken rekkefølge å følge, bør slå noen som fascinerende. Det er et molekyl, men det fungerer som en presisjons-robot med bevegelige deler!

Bilde 3. Spliceosom


Kraft-vandrere.
Myosiner omfatter en familie av transport maskiner som bruker en hånd-over-hånd 'vandrings' bevegelse. Merket med romertall, som for eksempel myosin-VI, utfører de en rekke viktige funksjoner i cellen. I de siste ukene, fire artikler om myosins dukket opp i 'Proceedings of the National Academy of Sciences'. Først en gjennomgang av de andre artiklene ved Citovsky og Liu, som sammenlikner aktiviteten til myosin i dyr vs planter, og finner overraskelser på hvor unik myosin i planter er. Skulle du bry deg? De tror det. De sier, "vi bør alle bry oss om arbeidet i plantecellen, fordi plantene opprettholder livet på jorden."

Elizabeth Kurth får selskap av Eugene Koonin og andre i en artikkel om " Myosin-drevet transportnett i planter ," fokus på myosin-IX involvert i "cytoplasmatisk strømning" så karakteristisk for planteceller. De finner hint av "en myosin-avhengig kjerne-cytoplasma trafikkerende vei."


Mukherjee og to andre beskriver " dynamikken i den mekanisk-kjemisk syklus av myosin-V" med beskrivende ord som 'kraftslag', 'hand-over-hand bevegelse', og 'kraft produksjon'.
Fransk, Sosnick, og Rock undersøker " menneskelig myosin VI målgruppe ved hjelp optogenetisk-kontrollert lasting. " For å se disse motorene, merket de sine laster med glødende molekyler og fant nye ledetråder til hvordan last samarbeidet med motorene og signalerte hverandre på en stedsspesifikk måte. "Myosiner spiller utallige kritiske roller i cellen, som hver krever å aktiveres på et bestemt sted og tid," sier de. {oversetters uthevelse}
I det vi snakker om vandrende maskiner, hvis de smarte gutta på Purdue University designer en molekylært vandrende maskin, laget av DNA, som vi vet er intelligent utformet, er det da rimelig å tilskrive intelligent design til de naturlige vandrerne i cellen som utfører så mye bedre? Likevel sier de: "Designet er inspirert av naturlige biologiske motorer som har utviklet seg, til å utføre bestemte oppgaver, kritiske for funksjonen av celler." Tenk på det.. {meg får det til å undres hvordan cellen fikk utført sine kritiske oppgaver før dette -oversetters merknad.}


Dedikert oversetter.
Vi vet om ribosomet - en av de mest innviklede maskiner i cellen - med dens RNA- og proteindeler som oversetter messenger-RNA til protein. Men visste du at mitokondriene (kraftverkene i cellen) har dedikerte ribosomer som er mindre? I Science Magazine , studerte et europeisk team "mitoribosome" i gjær -lenke, og fant ut at den har en spesiell arkitektur, inkludert et stort RNA komponent og 34 proteiner ", inkludert 14 uten homologer i det evolusjonært relaterte bakterielle ribosomet.» (Hvordan de vet de er "evolusjonært relaterte".., er en gåte til annen gang.) Lik cytoplasmatiske ribosomer, de mitoribosome tråd-messenger RNA til en inngangs-kanal inn i det indre, hvor (overførings) tRNA stiller opp sine tilsvarende aminosyrer til proteiner. Så blir mRNA-tråden matet ut en exit-kanal, der foldingen starter. Teamet fant at mitoribosomet antar tre distinkte konformasjoner i det det fungerer, men med mer subtile bevegelser enn de cytoplastiske ribosomer.

Bilde 4. Ribosom

Telleapparat.
Kanaler danner en stor, viktig klasse av molekylære maskiner. Dette er portene innebygd i membraner med henblikk på import og eksport: dvs. å "aktiv transport" som går mot konsentrasjonsgradienten for å gi en celle kontroll over sitt interiør. Hver kanal er spesifikk for sin egen type av molekyl: noen for ioner, noen for næringsstoffer, noen for å kvitte seg med giftstoffer, og mer. Kanaler anvender flere typer "selektivitets filtre" for å sikre at bare de korrekte molekylene kommer gjennom.


Forskere ved Ludwig Maximilian-universitetet i München rapporterte om "tilpasnings- proteiner" som fungerer som billetter for å komme gjennom visse kanaler som kontrollerer flyten av natrium og kalsiumioner. De "avdekket en aktiveringsmekanisme som et tilhørende molekylær adapter fungerer som en driftssikker mekanisme for å hindre upassende åpning av to beslektede ionekanaler." Detaljene er publisert i PNAS -her.


Roderick MacKinnon, som vant Nobelprisen for sitt arbeid med ionekanaler, er tilbake med to kolleger, beskriver flere detaljer om hvordan et høy-gjennomstrømnings kalsium-ionekanal garanterer passasje til bare de riktige ionene. I det de skriver i Nature, begynner de , "Den presise kontrollen over en ionekanal-gate, ved miljø-stimuli er avgjørende for oppfyllelsen av dens biologiske rolle." Den presisjonen blir vedlikeholdt av bevegelige deler i selektivitets filteret "gjennom kovalente bindeledd og gjennom protein-grensesnitt dannet mellom portstyrings-ringen og spennings-sensorer." Derfor regulerer membran-spenning ferdselen i poren ved å påvirke kalsium-ione-sensorer. En annen artikkel av teamet i Nature beskriver strukturen til den høy-elektrisk-ledende kalium-kanalen.

Bilde 5. Ione-kanaler


Et team bestående av tre fra Universitet i Texas beskriver hvordan "to-pore kanaler" tuner sine selektivitets filtre. I det de skrev i PNAS -lenke, nevner de først at disse to-pore kanaler er allestedsnærværende i hele den levende verden. "Interessant nok," bemerker de , "plante- og dyre TPCs deler høy sekvens-likhet i filter regionen, men fremviser likevel drastisk ulik ione-selektivitet." I ett mutasjons-eksperiment , en endring av en aminosyre endret filterets selektivitet fra kalium til natrium. I et annet tilfelle er "karboksamidgruppene i to symmetriske Asn630 rester i en definert posisjon med mindre bevegelighet, slik at de kan utøve stringent størrelses-utvelging for kryssende ioner".


Vel, vi er tom for plass for denne raske gjennomgang av det molekylære maskin-menasjeri, men ikke tom for eksempler. . Noen leksjoner å ta med seg, til nå:


1. Hver maskin er ekstremt godt bygd for sin funksjon.


2. Maskinene er svært komplekse, og består av flere protein og / eller RNA-molekyler.


3. De har ofte bevegelige deler som samhandler med andre maskiner på presise måter.

Bilde 6. Bevegelige deler 'tannhjul' som samvirker med andre deler


4. De jobber på bestemte steder til bestemte tider.


5. Små endringer kan ha skadelige effekter, eller til og med føre til svikt.


6. "Feilsikrings" mekanismer sikrer forsvarlig drift.


7. De er bygget ut fra kompleks, spesifisert informasjon i gener.


Denne listen synes å ha intelligent design 'skrevet over hele seg'.

 

Oversatt av Asbjørn E. Lund (Bildene sto ikke i opprinnelig artikkel, evt. untatt det 1., og er satt inn av undertegnede, se lenke i Bilde-nr)