Ученые выяснили, как работает молекулярный двигатель в мышцах
Физики открыли новые детали процесса преобразования химической энергии в механическую в наших мышцах. Ученые выяснили, как белок миозин сокращает и расслабляет их.
Миозин составляет примерно половину от общего количества мышечных белков. Соединяясь с другим белком — актином — он образует актиномиозин, который является основным компонентом мышечных волокон. Миозин способен преобразовывать энергию, запасенную в АТФ, в механическую работу — сокращение мышц. Однако то, как именно осуществляется этот процесс, остается спорным в научном сообществе.
Исследователи показали, что механическая работа, которую совершает молекула миозина, вызывает каскад биохимических реакций, которые в конечном итоге приводят к сокращению. До сих пор считалось, что биохимические процессы предшествуют какой бы то ни было механической работе, совершаемой миофибриллами.
Раскрыть детали работы миозина ученым удалось, совместив две передовые технологии. Первая технология позволяет захватывать единичные молекулы с помощью лазера, а вторая — флуоресцентный резонансный перенос энергии — изучать строение макромолекул, оценивать межмолекулярные взаимодействия и скорости биохимических реакций. Совместив эти два метода, исследователи смогли «поймать» молекулу миозина и подробно изучить, как он движется в пространстве и взаимодействует с актином.
В результате авторы заметили, что когда миозин взаимодействует с актином, запускающий сокращение процесс происходит практически сразу же после образования связи между белками. С помощью дополнительных исследований ученые показали, что ключевые биохимические процессы сокращения происходят после этого и гораздо медленнее. Дальнейший анализ впервые показал, что эти биохимические реакции могут определяться внутримолекулярными процессами внутри миозина.
Миозин — один из примеров молекулярных машин, наноразмерных систем, которые способны преобразовывать энергию тепла, химических реакций или другого источника в механическую работу. За их исследование в 2016 году дали Нобелевскую премию по химии.
