Mekanotransduksi

Bagaimana sel merasakan gaya mekanis—tegangan, tekanan, kekakuan—dan mengubahnya menjadi sinyal biokimia dan listrik melalui molekul yang sensitif terhadap gaya.

Definition

Mekanotransduksi adalah konversi stimulus mekanis menjadi respons seluler biokimia atau listrik, biasanya melalui molekul yang konformasi atau aktivitasnya berubah di bawah gaya yang diterapkan.

Scope

Topik ini mencakup prinsip-prinsip fisik mekanosensing: bagaimana gaya mengubah konformasi atau aktivitas saluran dan protein mekanosensitif, bagaimana energi gaya yang diterapkan dibandingkan dengan energi termal dan energi pengikatan, dan bagaimana sel membaca kekakuan lingkungannya. Ini membahas langkah transduksi yang mengubah mekanika menjadi kimia, sementara mekanika filamen dan motor yang menanggung dan menghasilkan gaya dibahas dalam topik-topi terkait.

Core questions

• Bagaimana gaya mekanis dapat mengubah konformasi atau aktivitas suatu molekul?
• Bagaimana saluran mekanosensitif menggabungkan tegangan membran dengan pembukaan?
• Bagaimana sel merasakan kekakuan substrat atau lingkungannya?
• Bagaimana energi gaya biologis dibandingkan dengan energi termal dan pengikatan?

Key theories

Kesetimbangan konformasi yang bias gaya

Gaya yang diterapkan melakukan kerja sepanjang perpindahan antara dua konformasi, menggeser kesetimbangan keduanya, sehingga molekul yang sensitif terhadap gaya mengubah keadaan ketika kerja mekanis menjadi sebanding dengan perbedaan energi antara keadaan tersebut.

Pembukaan gerbang tegangan saluran mekanosensitif

Saluran mekanosensitif terbuka ketika tegangan membran melakukan kerja yang cukup pada perubahan konformasi yang memperluas jejak saluran dalam dwilapis, secara langsung menghubungkan mekanika membran dengan fluks ion.

Mechanisms

Gaya masuk ke energetika molekuler dengan melakukan kerja yang sama dengan gaya dikalikan perpindahan konformasi, sehingga gaya pikonewton yang sederhana sekalipun pada jarak nanometer dapat menggeser kesetimbangan dengan jumlah yang sebanding dengan energi termal. Saluran mekanosensitif memanfaatkan ini dengan menggabungkan pembukaan dengan perubahan area yang didorong oleh tegangan pada membran, sementara protein adhesi penahan gaya dapat membuka situs kriptik atau mengubah pengikatan di bawah beban. Sel juga secara aktif menyelidiki kekakuan substrat, menarik melalui adhesi dan motor dan merespons seberapa besar lingkungan menahan, mengubah informasi mekanis tersebut menjadi sinyal.

Clinical relevance

Mekanotransduksi mendasari pendengaran, sentuhan, pendeteksian tekanan darah, dan respons jaringan terhadap lingkungan mekanis, dan gangguannya terlibat dalam penyakit; fisika di sini adalah latar belakang pendidikan untuk fisiologi tersebut daripada panduan klinis.

History

Identifikasi saluran ion mekanosensitif dan pengakuan bahwa sel merespons kekakuan substrat menetapkan mekanotransduksi sebagai bidang, yang kemudian diperkuat oleh identifikasi molekuler saluran perasa gaya yang mendasari sentuhan dan propriosepsi.

Key figures

• Donald Ingber
• Ardem Patapoutian
• Frederick Sachs

Seminal works

• phillips2012
• boal2012

Frequently asked questions

Bagaimana gaya kecil dapat mengubah apa yang dilakukan molekul?

Gaya melakukan kerja pada jarak kecil yang ditempuh molekul antara konformasi; pada skala nanometer, bahkan gaya pikonewton menghasilkan energi yang sebanding dengan energi termal yang mengatur keadaan molekuler, cukup untuk menggeser keseimbangan.

Dapatkah sel merasakan seberapa kaku lingkungannya?

Ya; sel secara aktif menarik lingkungannya melalui adhesi dan motor dan merespons seberapa besar lingkungan tersebut menahan, sehingga kekakuan substrat memengaruhi perilaku dan nasib sel.