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La ricerca rivela i nuovi dettagli in come la miosina transduces l'energia

Un gruppo dei biofisici dall'università di Massachusetts Amherst e di istituto universitario di Penn State di medicina ha precisato per affrontare la domanda di lunga durata circa la natura della generazione della forza da miosina, del motore molecolare responsabile della contrazione del muscolo e di molti altri trattamenti cellulari. La questione chiave che hanno indirizzato - uno degli argomenti più discutibili nel campo - erano: come la miosina converte l'energia chimica, sotto forma di trifosfato di adenosina, in lavoro meccanico?

La risposta ha rivelato i nuovi dettagli in come la miosina, il motore del muscolo e proteine riferite del motore, transduces l'energia.

Alla fine, la loro ricerca senza precedenti, ripetuta meticoloso con differenti comandi e controllata due volte, ha supportato la loro ipotesi che gli eventi meccanici di un motore molecolare precedono - piuttosto che segua - gli eventi biochimici, direttamente provocatoria la visualizzazione di lunga data che gli eventi biochimici gate l'evento digenerazione. L'opera, pubblicata nel giornale della biochimica, è stata selezionata come martello pneumatico di un editore per “la fornitura del contributo eccezionale al campo.„

Completando gli esperimenti complementari per esaminare il livello minuscolo della miosina al massimo, gli scienziati hanno usato una combinazione di tecnologie - singolo intrappolamento del laser della molecola a UMass Amherst ed il CERCHIO (trasferimento di energia di risonanza di fluorescenza) a Penn State e l'università del Minnesota. Il gruppo piombo dal biofisico Edward “Ned„ Debold, professore associato del muscolo nel banco di UMass Amherst della salute pubblica e delle scienze di salubrità; biochimico Christopher Yengo, professore all'istituto universitario di Penn State di medicina; e biofisico David Thomas, professore del muscolo nell'istituto universitario delle scienze biologiche all'università di Minnesota.

Ciò era la prima volta queste due tecniche di avanguardia si sono combinate insieme per studiare un motore molecolare e per rispondere ad una domanda antichissima. Abbiamo conosciuto per 50 anni la vasta portata di come le cose come il muscolo ed i motori molecolari funzionano, ma non abbiamo conosciuto i dettagli di come quello accade al massimo livello minuscolo, il nanoscale facciamo segno a. È come stiamo guardando sotto la cappa di un'automobile e stiamo esaminando come il motore funziona. Come lo fa per catturare il combustibile e per convertirlo in lavoro quando stampate il pedale di gas?„

Edward “Ned„ Debold, professore associato, banco di UMass Amherst della salute pubblica e scienze di salubrità

Facendo uso della sua singola analisi della trappola del laser della molecola nel suo laboratorio, Debold ed il suo gruppo, compreso i dottorandi Brent Scott e Chris Marang, potevano direttamente osservare la dimensione e la tariffa dei moti meccanici del nanoscale della miosina poichè ha interagito con un singolo filamento dell'actina, la sua generazione in vigore del partner molecolare. Hanno osservato che il punto digenerazione, o powerstroke, estremamente veloce accaduto, quasi non appena limita al filamento dell'actina.

Parallelamente sperimenta facendo uso delle analisi del CERCHIO, il gruppo di Yengo ha confermato questa tariffa veloce del powerstroke e con gli studi supplementari ha dimostrato che i punti biochimici chiave sono accaduto successivamente e molto più lentamente. Ulteriore analisi rivelatrice per la prima volta come questi eventi potrebbero essere coordinati tramite i moti intramolecolari in profondità dentro la molecola della miosina.

“Chris Yengo ha raccolto i suoi dati a parte da miei ed abbiamo combinato ed integrato i risultati,„ Debold dice. “Potrei vedere le cose che non potrebbe e potrebbe vedere le cose che non potrei e in associazione potevamo rivelare le comprensioni novelle in come un motore molecolare transduces l'energia. Era chiaro che i meccanici sono accaduto in primo luogo seguito dagli eventi biochimici.„

La messa in evidenza dell'importanza di esame della trasduzione di energia al livello del nanoscale ha implicazioni molto vaste, Debold spiega. “Non è appena circa come il muscolo funziona,„ lui dice. “È egualmente una finestra nella quanta enzimi del motore all'interno delle nostre celle transduce l'energia, da quelli che determinano la contrazione del muscolo a quelle che inducono una cella a dividersi.„

La conoscenza dettagliata circa quel trattamento ha potuto aiutare gli scienziati l'un giorno a sviluppare i trattamenti per tali circostanze come l'infarto, il cancro e più. “Se capite come il motore molecolare funziona, potreste usare quelle informazioni per migliorare la funzione quando hanno compromesso, come nel caso di infarto,„ Debold dice. “O se voleste impedire ad una cella del tumore di dividerti, potreste usare questi informazioni per impedire la forza-generazione. Sapere esattamente la forza-generazione accade potrebbe essere molto utile per qualcuno che prova a sviluppare una droga per inibire un motore molecolare durante divisione cellulare ed infine il cancro.„

I ricercatori hanno presentato i risultati preliminari della loro scoperta approfondita il febbraio scorso alla riunione annualeth 64 della società biofisica e presenteranno uno studio di approfondimento il mese prossimo alla riunione annualeth 65, che è la più grande riunione dei biofisici intorno al mondo.

Source:
Journal reference:

Gunther, L.K., et al. (2020) FRET and optical trapping reveal mechanisms of actin activation of the power stroke and phosphate release in myosin V. Journal of Biological Chemistry. doi.org/10.1074/jbc.RA120.015632.