Moleküler Motorlar ve Kuvvet Üretimi
Miyozin, kinezin ve dinein gibi motor proteinlerin ATP'nin kimyasal enerjisini sitoskeletal yollar boyunca yönlendirilmiş kuvvete ve harekete nasıl dönüştürdüğü incelenmektedir.
Tanım
Moleküler motor, genellikle ATP hidrolizinden elde edilen kimyasal enerjiyi mekanik işe dönüştüren, bir polimer yolu veya substrat boyunca yönlendirilmiş kuvvet ve hareket üreten bir proteindir.
Kapsam
Bu konu, moleküler motorların fiziğini kapsamaktadır: nükleotit hidrolizini konformasyonel değişime ve adımlamaya bağlayan mekanokimyasal döngü, kuvvet-hız ilişkisi, prosesivite ve yönlendirilmiş harekette termal gürültünün rolü. Bireysel motor adımlarını çözen tek molekül ölçümlerinden yararlanılmaktadır; yolların kendileri ve sonraki hücresel mekanikler ise komşu konularda ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Bir motorun kimyasal döngüsü mekanik adımıyla nasıl eşleşmektedir?
- Tek motorlar ne tür kuvvetler ve adım boyutları üretmektedir?
- Bazı motorlar neden ayrılmadan birçok adım atarken (prosesivite), diğerleri atmamaktadır?
- Bir motor, termal etkilere rağmen yönlendirilmiş hareketi nasıl başarmaktadır?
Temel kuramlar
- Mekanokimyasal döngü
- Her bir nükleotit bağlanması, hidrolizi ve ürün salınımı döngüsü, motoru yoluna bağlayan, bir güç vuruşu üreten ve onu ayıran bir dizi konformasyonel durumu tetiklemektedir, böylece kimya ve mekanik sıkı bir şekilde eşleşmektedir.
- Termal gürültüye karşı yönlendirilmiş hareket
- Motorlar, termal kuvvetlerin ürettikleri kuvvetlerle karşılaştırılabilir olduğu bir rejimde çalışmaktadır ve termal dalgalanmaları bastırmak yerine döngülerini ATP'nin serbest enerjisiyle önyargılayarak net yönlendirilmiş hareketi başarmaktadırlar.
Mekanizmalar
Bir motor, yoluna ve bir nükleotide bağlanır; ürün salınımıyla birlikte hidroliz, motor serbest kalıp yeniden bağlanmadan önce yükü birkaç nanometre yer değiştiren konformasyonel bir güç vuruşunu tetikler ve döngü tekrarlanır. Bir motorun üretebileceği kuvvet pikonewton mertebesindedir ve karşıt yük arttıkça hızı düşer, bu da bir kuvvet-hız eğrisini tanımlar. Prosesif motorlar, en az birinin bağlı kalmasını sağlayacak şekilde iki başı koordine ederek uzun hareketlere izin verirken, prosesif olmayan motorlar ekipler halinde çalışır. Termal enerjinin önemli olduğu ölçeklerde hareket ettikleri için, motorlar termal hareketi ATP enerjisini kullanarak yenmek yerine düzeltirler.
Klinik önem
Motor proteinleri kas kasılmasını, hücre içi taşınmayı ve hücre bölünmesini yönlendirmektedir ve bunların işlev bozukluğu veya hedeflenmesi kardiyak, nörolojik ve onkolojik bağlamlarda önem taşımaktadır; buradaki biyofizik eğitsel bir arka plan olup, klinik tavsiye niteliği taşımamaktadır.
Tarihçe
Kasın kayan filament teorisini takiben, 1990'lardaki optik tuzak deneyleri, tek miyozin adımlarının ve kuvvetlerinin doğrudan ölçümü de dahil olmak üzere, bireysel motorların mekanokimyasal döngüsünü çözmüş ve motorları tek molekül biyofiziğinin merkezi bir konusu olarak konumlandırmıştır.
Öne çıkan isimler
- James Spudich
- Jonathon Howard
- Ronald Vale
- Toshio Yanagida
İlgili konular
Temel eserler
- finer1994
- howard2001
Sıkça sorulan sorular
- Tek bir moleküler motor ne kadar kuvvet üretmektedir?
- Tek molekül optik tuzak deneylerinde doğrudan ölçüldüğü üzere, birkaç pikonewton mertebesinde, birkaç nanometrelik adımlarla.
- Prosesivite ne anlama gelmektedir?
- Prosesif bir motor, yolunda ayrılmadan önce birçok ardışık adım atmaktadır, çünkü her zaman en az bir kısmını bağlı tutmaktadır; prosesif olmayan motorlar her etkileşimden sonra ayrılır ve gruplar halinde çalışır.