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La investigación revela a los nuevos detalles en cómo la miosina transduces energía

Las personas de biofísicos de la universidad de Massachusetts Amherst y de la universidad del Estado de Penn del remedio se establecieron para abordar la prolongada pregunta sobre la naturaleza de la generación de la fuerza por la miosina, del motor molecular responsable de la contracción del músculo y de muchos otros procesos celulares. La pregunta clave que dirigieron - uno de los temas más polémicos del campo - eran: ¿cómo la miosina convierte energía química, bajo la forma de ATP, en trabajo mecánico?

La respuesta reveló a los nuevos detalles en cómo la miosina, el motor del músculo y proteínas relacionadas del motor, transduces energía.

En el extremo, su investigación sin precedente, relanzada meticuloso con diversos mandos y comprobada con minuciosidad, soportó su hipótesis que las acciones mecánicas de un motor molecular preceden - bastante que siga - las acciones bioquímicas, desafiando directamente la visión mantenida desde hace mucho tiempo que las acciones bioquímicas bloquean la acción fuerza-que genera. El trabajo, publicado en el gorrón de la química biológica, fue seleccionado como selección de un editor para “ofrecer una contribución excepcional al campo.”

Terminando experimentos complementarios para examinar el nivel minucioso de la miosina a lo más, los científicos utilizaron una combinación de tecnologías - única interceptación del laser de la molécula en UMass Amherst y TRASTE (transferencia de energía de resonancia de la fluorescencia) en el Estado de Penn y la universidad de Minnesota. Al biofísico Edward “Ned” Debold, profesor adjunto del músculo llevaron a las personas en la escuela de UMass Amherst de la salud pública y de las ciencias de la salud; bioquímico Christopher Yengo, profesor en la universidad del Estado de Penn del remedio; y biofísico David Thomas, profesor del músculo en la universidad de ciencias biológicas en la universidad de Minnesota.

Esto era la primera vez que estas dos técnicas puntas se han combinado juntas para estudiar un motor molecular y para contestar a una pregunta histórica. Hemos conocido por 50 años la extensión amplia de cómo las cosas como el músculo y los motores moleculares trabajan, pero no conocíamos los detalles de cómo ocurre eso a lo más nivel minucioso, el nanoscale indicamos. Es como estamos observando bajo el capo motor de un vehículo y estamos examinando cómo el motor funciona. Cómo lo hace para tomar el combustible y para convertirlo en trabajo cuando usted prensa el acelerador?”

Edward “Ned” Debold, profesor adjunto, escuela de UMass Amherst de la salud pública y de las ciencias de la salud

Usando su único análisis de la trampa del laser de la molécula en su laboratorio, Debold y sus personas, incluyendo los estudiantes de tercer ciclo Brent Scott y Chris Marang, podían observar directamente la talla y el índice de los movimientos mecánicos del nanoscale de la miosina como obró recíprocamente con un único filamento de la actinia, su socio molecular la generación de en vigor. Observaron que el paso fuerza-que generaba, o powerstroke, extremadamente rápido suceso, casi tan pronto como limite al filamento de la actinia.

Paralelamente experimenta usando análisis del TRASTE, las personas de Yengo confirmaron este índice rápido del powerstroke y con estudios adicionales demostró que suceso los pasos bioquímicos dominantes posteriormente y mucho más despacio. Análisis adicional revelador por primera vez cómo estas acciones se pudieron coordinar por los movimientos intramoleculares profundamente dentro de la molécula de la miosina.

“Chris Yengo cerco sus datos a parte los míos y combinamos e integramos los resultados,” Debold dice. “Podría ver las cosas que él no podría, y él podría ver las cosas que no podría, y en la combinación podíamos revelar discernimientos nuevos en cómo un motor molecular transduces energía. Estaba sin obstrucción que suceso los mecánicos primero seguido por las acciones bioquímicas.”

Destacar la importancia de examinar la transducción de la energía en el nivel del nanoscale tiene implicaciones muy amplias, Debold explica. “No está apenas sobre cómo el músculo funciona,” él dice. “Es también una ventana en cuántas enzimas del motor dentro de nuestras células transduce energía, de los que impulsen la contracción del músculo a las que hagan una célula dividir.”

El conocimiento detallado sobre ese proceso podía ayudar a científicos un día a desarrollar los tratamientos para las condiciones tales como paro cardíaco, cáncer y más. “Si usted entiende cómo el motor molecular funciona, usted podría utilizar esa información para perfeccionar la función cuando ha comprometido, como en el caso de paro cardíaco,” Debold dice. “O si usted quiso evitar que una célula del tumor divida, usted podría utilizar esta información para prevenir la fuerza-generación. Saber exactamente ocurre la fuerza-generación podría ser muy útil para alguien que intentaba desarrollar una droga para inhibir un motor molecular durante la división celular, y final el cáncer.”

Los investigadores presentaron conclusión preliminares de su descubrimiento innovador el pasado febrero en la reuniónth anual 64 de la sociedad biofísica y presentarán un estudio complementario el próximo mes en la reuniónth anual 65, que es la reunión más grande de biofísicos de todo el 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.