Un niño pequeño corriendo a veces pierde el equilibrio porque ambos pies se levantan del suelo al mismo tiempo. Los motores Kinesin que mueven materiales en las celdas tienen el mismo problema, lo que limita la rapidez con la que pueden atravesar un microtúbulo en la celda y transportar carga, de acuerdo cona los investigadores de Penn State que ahora han visto moverse estos motores de kinesina utilizando un microscopio inusual y un método de etiquetado.
"Ahora podemos ver los procesos biológicos a resolución molecular y a escalas de tiempo inferiores a milisegundos", dijo William O. Hancock, profesor de ingeniería biomédica y director del Programa de Posgrado Intercolege en Bioingeniería, Penn State ". Para comprender cómo funcionan los motoresa escala nanométrica y de milisegundos, necesitamos ver cómo caminan los motores. Sabemos que las neuronas requieren transporte para crecer y sobrevivir, y los materiales deben viajar de un extremo de la neurona al otro ".
Los motores moleculares, en este caso las kinesinas, son pequeñas máquinas que usan energía química para generar fuerzas mecánicas suficientes para transportar materiales a través de la célula. Estas moléculas tienen dos extremidades unidas con dispositivos de fijación en los extremos que los investigadores llaman "cabezas" peroser mejor pensado como "pies"
"Enfermedades como el Alzheimer, la ELA y otras tienen defectos en el proceso de transporte en las neuronas y no se entiende a nivel molecular qué defectos son y cómo afectan el transporte", dijo Hancock. "Creemos que las proteínas de bloqueo se unen alas pistas de microtúbulos e impiden el movimiento del motor. Podemos medir los pasos en el obstáculo y, con suerte, nos ayudará a comprender los estados de enfermedad donde el transporte no funciona ".
Cuando una molécula de kinesina se mueve desde el centro de un microtúbulo hacia el final, normalmente transporta carga. Un "pie" se une al túbulo y luego el otro "pie" posterior se separa, se balancea y se une. Las moléculas son muyestable en el corto momento cuando ambos "pies" están unidos, pero no tanto en el momento del desprendimiento. La coordinación de la unión y la liberación son críticas en la molécula que camina con éxito por el túbulo.
Hancock y Keith J. Mickolajczyk, candidato a doctorado en bioingeniería, nota en un número reciente de Revista biofísica , que "A pesar de su importancia fundamental para la diversidad de tareas que realizan las kinesinas en las células, ningún modelo cuantitativo existente explica completamente cómo las diferencias estructurales entre las quinesinas alteran las tasas cinéticas ... para producir cambios funcionales en la procesividad".
La procesividad es el número promedio de pasos que el motor molecular puede tomar antes de separarse del microtúbulo y otro debe tomar su lugar.
Mickolajczyk construyó el microscopio de alta resolución de una sola molécula para que los investigadores pudieran ver directamente el movimiento del motor molecular. Para hacer esto, etiquetaron la molécula en un "pie" con una nanopartícula de oro. Esto permitió a los investigadores seguir elmolécula al reflejar varios tipos de luz del oro.
Los investigadores descubrieron que podían modelar el movimiento de la kinesina como una carrera entre la unión del "pie" delantero y el desprendimiento del "pie" trasero. Este patrón de marcha se rige por las acciones químicas de la liberación de energía del trifosfato de adenosina: elmolécula de almacenamiento de energía biológica, y el empuje mecánico de la inmovilización y la inmovilización. La alteración de varias propiedades de la kinesina cambia las tasas de fijación y desprendimiento.
Las kinesinas generalmente transportan su carga en vesículas: sacos llenos de agua con forma de globo dentro de las células. Más de un motor de kinesina puede transportar una vesícula a la vez, y los motores se caen y son reemplazados por otros motores de kinesina durante el movimientoa lo largo del túbulo. Los "pies" de kinesina tienen ubicaciones definidas en los túbulos en los que se unen.
"Aclarar esta cinética de pasos es muy satisfactorio porque estas preguntas han existido durante 20 años, pero solo ahora tenemos la tecnología para responderlas", dijo Hancock.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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