Τα νανοφίλμ μετρούν τις κυτταρικές κινητικές δυνάμεις

Επιστήμες (2021). DOI: 10.1126 / science.abd9944 “πλάτος =” 800 “ύψος =” 530 “/>

Ultraresolution kinesin κομμάτια με οπτικά παγιδευμένα γερμανικά nanolayers. Οι κινεζίνες είναι μοριακές μηχανές που μεταφέρουν κυστίδια κατά μήκος μικροσωληνίσκων μέσα στα κύτταρα. Οι νανοσφαίρες γερμανίου με επικάλυψη με μεμβράνη (μικρογραφία ΤΕΜ, αριστερά) βελτίωσαν τη χωρική χρονική ανάλυση των οπτικών λαβίδων και επέτρεψαν τη μέτρηση των επιμέρους βημάτων κατά τη διάρκεια του κανονικού κύκλου βημάτων κινινίνης. Κατά την εγκυμοσύνη, η κινεζική δεν αποσπάστηκε αλλά γλίστρησε κατά μήκος του λεπτού σωλήνα, γεγονός που οδήγησε στην ανακάλυψη διαδικασιών διάσωσης για μεταφορά κυστιδίων. πίστωση: Επιστήμη (2021). DOI: 10.1126 / science.abd9944

Οι κινητικές πρωτεΐνες δημιουργούν τις δυνάμεις για βασικές μηχανικές διεργασίες στο σώμα μας. Σε κλίμακα νανομέτρου – ένα εκατοστό του χιλιοστού – οι κινητικές πρωτεΐνες, για παράδειγμα, λειτουργούν τους μυς μας ή μεταφέρουν ουσίες εντός των κυττάρων μας. Τέτοιες κινήσεις, αόρατες με γυμνό μάτι, θα μπορούσαν να γίνουν ορατές από τον Eric Schaeffer: Καθηγητής κυτταρικής νανοκλίμακας στο Πανεπιστήμιο του Tübingen αναπτύσσει μικροσκόπια ειδικής δύναμης, τα λεγόμενα οπτικά τσιμπιδάκια, για να μετρήσει πώς λειτουργούν μηχανικά αυτές οι μοριακές μηχανές. Η ομάδα του στο Κέντρο Μοριακής Βιολογίας Φυτών έχει πλέον βελτιώσει την τεχνολογία. Οι ειδικοί ανιχνευτές, το γερμάνιο νανοσωματιδίων, επιτρέπουν μεγαλύτερη ακρίβεια μετατοπίσεων και δυνάμεων που παράγονται από κινητήρες. Τα αποτελέσματα έχουν δημοσιευτεί στο περιοδικό Επιστήμη.


Στα 60 nm, οι κινητικές πρωτεΐνες που μελετήθηκαν είναι πραγματικά μικρές, αλλά απαραίτητες για κυτταρικές διεργασίες. Μεταξύ άλλων, βοηθούν στη διάλυση των χρωμοσωμάτων μηχανικά κατά τη διαίρεση των κυττάρων ή μεταφέρουν μικροσκοπικά “δέσμες”, που ονομάζονται κυστίδια, μέσα στα κύτταρα. Αναποτελεσματικοί κινητήρες, για παράδειγμα στα νευρικά κύτταρα, μπορεί να οδηγήσουν σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως η νόσος του Alzheimer.

Για να αποκαλύψετε πώς Κινητικές πρωτεΐνες Μέσα από το έργο, ο βιοφυσικός Eric Schaeffer ανέπτυξε εξαιρετικά λεπτά οπτικά τσιμπιδάκια. Βασίζονται σε αρχές που έχουν ήδη ανακαλυφθεί από τον αστρονόμο Johannes Kepler το 1609. Για την εφεύρεσή τους, ο φυσικός Arthur Ashkin απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ το 2018. Τα οπτικά τσιμπιδάκια χρησιμοποιούν την πίεση της ακτινοβολίας φωτός λέιζερ για να συγκρατούν μικρά σωματίδια στη θέση τους χωρίς επαφή. Με αυτό το εργαλείο ο Schäffer μπόρεσε να αποδείξει ότι το Πρωτεΐνη Kinesin Περιστρέφεται ενώ περπατάτε: Με “δύο πόδια” χρειάζονται οκτώ βήματα νανομέτρου κάνοντας μισή στροφή κάθε φορά – σαν να εκτελεί βαλς στη Βιέννη.

Schaeffer Διδακτορικό. Ο μαθητής Swathi Sudhakar έχει βελτιώσει ακόμη περισσότερο την τεχνική του οπτικού τσιμπιδιού. Χρησιμοποιώντας ανιχνευτές γερμανίου νανοκλίμακας, οι οποίοι είναι πολύ μικρότεροι και ανιχνευτές υψηλότερης ανάλυσης, μπορεί κανείς να εξουδετερώσει τις εξαιρετικά μικρές δυνάμεις του πεντάκου Newton στους βιολογικούς κινητήρες. Αυτό σημαίνει ότι οι ερευνητές μπορούν τώρα να μετρήσουν τις μικρότερες και ταχύτερες κινήσεις που μέχρι τώρα είχαν κρυφτεί στη σπασμωδική καταιγίδα θερμικής κίνησης που είναι εγγενής σε μικρά σωματίδια.

Πίστωση: Universitaet Tübingen

Χρησιμοποιώντας τη νέα τεχνολογία, οι ερευνητές μπόρεσαν να εντοπίσουν το kinesin σε πραγματικό χρόνο και ο Sudacar εντόπισε ένα άλλο ενδιάμεσο βήμα στην κίνησή του, καθιστώντας το βαλς σχεδόν τέλειο. “Η ύπαρξη αυτού του ενδιάμεσου βήματος συζητείται μεταξύ επιστημόνων για 20 χρόνια”, λέει ο Schaeffer. «Καταφέραμε να το μετρήσουμε απευθείας για πρώτη φορά χρησιμοποιώντας Οπτικά λαβίδα. “Επιπλέον, τα νανορώματα αποκάλυψαν έναν προηγουμένως άγνωστο μηχανισμό ολίσθησης για τον κινητήρα.” Είναι ένα είδος περιλαίμιο ασφαλείας που διατηρεί κινητήρας Στο σωστό δρόμο, εάν το φορτίο είναι πολύ υψηλό, “λέει ο Schaeffer. Αυτός ο μηχανισμός εξηγεί την υψηλή απόδοση της μεταφοράς κυστιδίων στο Κελιά, Αυτός προσθέτει. “Αν γνωρίζουμε πώς λειτουργούν λεπτομερώς οι κινητήρες kinesin, μπορούμε επίσης να κατανοήσουμε καλύτερα τις ζωτικές διαδικασίες κυττάρων που οδηγούν οι κινητήρες, καθώς και τις δυσλειτουργίες που μπορούν να οδηγήσουν σε ασθένειες.”

Η Schaeffer συγκρίνει τη νέα τεχνολογία με την «καλή ματιά κάτω από την κουκούλα» μοριακών μηχανών. Τώρα, λέει, όχι μόνο οι ερευνητές μπορούν να παρατηρήσουν με ακρίβεια τις μεμονωμένες κινήσεις των μοριακών μηχανών. Μπορούν επίσης να κατανοήσουν καλύτερα, για παράδειγμα, πώς οι πρωτεΐνες αναδιπλώνονται στις σωστές δομές τους. “Ως ημιαγωγός, οι νανοδομές έχουν συναρπαστικές πρόσθετες οπτικές και ηλεκτρικές ιδιότητες. Επομένως, θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες σε άλλους τομείς της νανοεπιστήμης και της επιστήμης υλικών, για παράδειγμα, για καλύτερες μπαταρίες ιόντων λιθίου”, λέει ο Schaeffer.


Η κινητική πρωτεΐνη χορεύει σε όλα τα κύτταρα μας


περισσότερες πληροφορίες:
Swathi Sudhakar et al. Νανοσφαίρα γερμανίου για εξαιρετικά λεπτή πηκτινομετρία κινίνης, Επιστήμη (2021). DOI: 10.1126 / science.abd9944

το απόσπασμα: Nanospheres Measure Cellular Motor Powers (2021, 12 Φεβρουαρίου) Ανακτήθηκε στις 12 Φεβρουαρίου 2021 από https://phys.org/news/2021-02-nanospheres-cell-motors.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη μεταχείριση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Το Rocket Lab ξεκίνησε με επιτυχία έναν δορυφόρο ραντάρ για το Synspective

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *