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研究在理解分子马达如何产生力方面有了新突尼斯暴力骚乱的突破

化学 2022-06-23 00:02:06

作者:麻萨诸塞州阿姆赫斯特大学奈德·德伯德 信用:CC0公共领域 来自马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校和宾夕法尼亚州立医学院的一组生物物理学家着手解决一个长期存在的问题,即肌球蛋白产生力量的性质,肌球蛋白是负责肌肉收缩和许多其他细胞过程的分子马达

他们提出的关键问题——该领域最具争议的话题之一——是:肌球蛋白如何以ATP的形式将化学能转化为机械功? 答案揭示了肌球蛋白(肌肉和相关运动蛋白的引擎)如何传导能量的新细节

最后,他们史无前例的研究,用不同的控制方法仔细地重复并反复检查,支持了他们的假设,即分子马达的机械事件先于——而不是跟随——生化事件,直接挑战了长期以来的观点,即生化事件开启了产生力的事件

这项发表在《生物化学杂志》上的工作被选为编辑的最佳选择,因为它“为该领域做出了杰出的贡献”

" 为了完成在最微小水平上检测肌球蛋白的补充实验,科学家们使用了多种技术的结合——宾夕法尼亚州立大学和明尼苏达大学的单分子激光捕获和荧光共振能量转移

该团队由肌肉生物物理学家爱德华“内德”德伯德领导,他是UMass阿默斯特公共卫生和健康科学学院的副教授;生物化学家克里斯托弗·延戈,宾夕法尼亚州立医学院教授;明尼苏达大学生物科学学院的肌肉生物物理学家戴维·托马斯教授

“这是第一次将这两种尖端技术结合起来研究分子马达,并回答一个古老的问题,”德博尔德说

“50年来,我们已经知道肌肉和分子马达是如何工作的,但我们不知道在最微小的层面上,也就是纳米尺度的运动是如何发生的

这就像我们在汽车引擎盖下观察发动机是如何工作的

踩油门它是怎么把燃料转化成功的?" 黛博拉和他的团队,包括研究生布伦特·斯科特(Brent Scott)和克里斯·马朗(Chris Marang)在实验室使用他的单分子激光陷阱分析法,能够直接观察肌球蛋白与单个肌动蛋白丝(肌动蛋白丝在力产生中的分子伴侣)相互作用时的纳米级机械运动的大小和速度

他们观察到,产生力的步骤,或者说动力冲击,发生得非常快,几乎是在它与肌动蛋白丝结合的时候

在使用FRET分析的平行实验中,Yengo的团队证实了这种快速的动力性中风,并通过额外的研究证明了关键的生化步骤随后发生,而且速度要慢得多

进一步的分析首次揭示了肌球蛋白分子内部深层的分子内运动是如何协调这些事件的

“克里斯·延戈收集了他的数据,这些数据与我的不同,我们将这些结果结合在一起,”德博尔德说

“我能看到他看不到的东西,他也能看到我看不到的东西,结合在一起,我们能够揭示分子马达如何传导能量的新见解

很明显,力学首先发生,然后是生化事件

" 德伯德解释说,强调在纳米尺度上检查能量转换的重要性具有非常广泛的意义

“这不仅仅是肌肉如何工作,”他说

“这也是了解细胞内有多少运动酶传递能量的窗口,从驱动肌肉收缩的酶到导致细胞分裂的酶

" 关于这一过程的详细知识可能有一天会帮助科学家开发治疗心力衰竭、癌症等疾病的方法

“如果你了解分子马达是如何工作的,你可以利用这些信息来改善受损的功能,比如在心力衰竭的情况下,”德伯德说

“或者,如果你想阻止肿瘤细胞分裂,你可以用这个信息来阻止力的产生

确切地知道力的产生是如何发生的,对于试图开发一种药物来抑制细胞分裂过程中的分子运动,并最终抑制癌症的人来说是非常有用的

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