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A pesquisa revela detalhes novos em como o myosin transduces a energia

Uma equipe dos biofísicos da universidade de Massachusetts Amherst e de faculdade de Penn State da medicina exps para abordar a pergunta de longa data sobre a natureza da geração da força pelo myosin, do motor molecular responsável para a contracção do músculo e de muitos outros processos celulares. A pergunta que chave endereçaram - um dos assuntos os mais controversos no campo - eram: como o myosin converte a energia química, sob a forma do ATP, no trabalho mecânico?

A resposta revelou detalhes novos em como o myosin, o motor do músculo e proteínas relativas do motor, transduces a energia.

Na extremidade, sua pesquisa inaudita, repetida meticulosa com controles diferentes e verificada novamente, apoiou sua hipótese que os eventos mecânicos de um motor molecular precedem - um pouco do que siga - os eventos bioquímicos, desafiando directamente a vista duradouro que os eventos bioquímicos bloqueiam o evento degeração. O trabalho, publicado no jornal da química biológica, foi seleccionado como a picareta de um editor “fornecendo uma contribuição excepcional para o campo.”

Terminando experiências complementares para examinar no máximo o nível minúsculo do myosin, os cientistas usaram uma combinação de tecnologias - única caça com armadilhas do laser da molécula em UMass Amherst e FRICÇÃO (transferência de energia da ressonância da fluorescência) em Penn State e a universidade de Minnesota. A equipe foi conduzida pelo biofísico Edward “Ned” Debold do músculo, professor adjunto na escola de UMass Amherst da saúde pública e das ciências da saúde; bioquímico Christopher Yengo, professor na faculdade de Penn State da medicina; e biofísico David Thomas do músculo, professor na faculdade de ciências biológicas na universidade de Minnesota.

Isto era a primeira vez que estas duas técnicas pioneiros foram combinadas junto para estudar um motor molecular e para responder a uma pergunta antiquíssima. Nós conhecemos por 50 anos o espaço largo de como as coisas como o músculo e os motores moleculars trabalham, mas nós não conhecemos os detalhes de como aquele ocorre no máximo nível minúsculo, o nanoscale fazemos sinal. É como nós estamos olhando sob a capa de um carro e estamos examinando como o motor funciona. Como o faz para tomar o combustível e para o converter no trabalho quando você pressionar o pedal de gás?”

Edward “Ned” Debold, professor adjunto, escola de UMass Amherst da saúde pública e das ciências da saúde

Usando seu único ensaio da armadilha do laser da molécula em seu laboratório, Debold e sua equipe, incluindo alunos diplomados Brent Scott e Chris Marang, podiam observar directamente o tamanho e a taxa de movimentos mecânicos do nanoscale do myosin como interagiu com um único filamento do actínio, seu sócio molecular na geração da força. Observaram que a etapa degeração, ou powerstroke, extremamente rápido acontecido, quase assim que limitasse ao filamento do actínio.

Experimenta paralelamente usando ensaios da FRICÇÃO, a equipe de Yengo confirmou esta taxa rápida do powerstroke e com estudos adicionais demonstrou que as etapas bioquímicas chaves aconteceram subseqüentemente e muito mais lentamente. Análise mais aprofundada revelada pela primeira vez como estes eventos puderam ser coordenados pelos movimentos intramolecular profundamente dentro da molécula do myosin.

“Chris Yengo recolheu seus dados separa de meus e nós combinamos e integramos os resultados,” Debold diz. “Eu poderia ver as coisas que não poderia, e poderia ver as coisas que eu não poderia, e na combinação nós podíamos revelar introspecções novas em como um motor molecular transduces a energia. Era claro que os mecânicos aconteceram seguido primeiramente pelos eventos bioquímicos.”

Destacar a importância de examinar a transdução da energia a nível do nanoscale tem implicações muito largas, Debold explica. “Não é apenas sobre como o músculo funciona,” ele diz. “É igualmente um indicador no quantas enzimas do motor dentro de nossas pilhas transduce a energia, daqueles que conduzem a contracção do músculo àquelas que fazem com que uma pilha se divida.”

O conhecimento detalhado sobre esse processo podia ajudar cientistas um dia a desenvolver tratamentos para circunstâncias como a parada cardíaca, o cancro e o mais. “Se você compreende como o motor molecular funciona, você poderia usar essa informação para melhorar a função quando comprometeu, como no caso da parada cardíaca,” Debold diz. “Ou se você quis impedir que uma pilha do tumor se divida, você poderia usar esta informação para impedir a força-geração. Saber exactamente a força-geração ocorre poderia ser muito útil para alguém que tentam desenvolver uma droga para inibir um motor molecular durante a divisão de pilha, e finalmente o cancro.”

Os pesquisadores apresentaram resultados preliminares de sua descoberta inovador em fevereiro passado na reuniãoth 64 anual da sociedade biofísica e apresentarão um estudo complementar no próximo mês na reuniãoth 65 anual, que é o recolhimento o maior dos biofísicos de todo o mundo.

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.