Миозины — это семейство белков, которые способны преобразовывать аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) в механическую энергию, так называемые «белковые моторы». Долгое время существовала гипотеза, что они присутствуют только в мышечной ткани, где взаимодействуют с другими белками — актинами, и обеспечивают сокращения мышц. Однако сейчас известно о наличии миозина в различных тканях организма не только животных, но и растений, и даже простейших. А последние исследования белка дают надежду на разгадку технологии вечного биологического двигателя.
Биомотор в действии
Миозин классифицирован на 19 видов, исходя из функций и особенностей структуры. Они участвуют в жизнедеятельности всего организма: формировании цитоскелета, обеспечении сокращения сердечных, скелетных и гладких мышц, фоторецепции, процессах экзо- и эндоцитоза, а также в передаче гормонального сигнала. Но особый интерес вызывают миозины класса V, обеспечивающие перемещение органелл и пигментных гранул внутри клетки.
«Благодаря АТФ-азной активности миозина, химическая энергия макроэргических связей АТФ превращается в механическую энергию мышечного сокращения», — Евгений Иринин, «Холестериновый атеросклероз, или Как предупредить инфаркт. Немного о гипотезах старения нашего организма».
Этот биомотор изучают уже 17 лет, с того момента, как впервые сумели зафиксировать его работу. Белок может очень быстро передвигаться вдоль актиновых нитей, перетаскивая с собой грузы. Его движения напоминают шаги, поэтому его называют «шагающим белком». Происходит это так: сначала часть, исполняющая роль задней ноги, отцепляется от актиновой нити, другая часть в это время начинает поступательное движение вперед. Затем первая начинает вращаться вокруг своей оси, пока не встретит препятствие в виде той же нити. После цикл повторяется.
Получается, что этот белок «шагает» сам по себе, не требуя энергии извне. Физика процесса кажется более, чем удивительной, и учёные всего мира активно пытаются использовать эти свойства в нанотехнологиях. Они могут помочь создать наноботов с заложенными в них функциями, которые можно будет ввести в организм человека. То есть за счёт свойств миозина получится нивелировать вопрос о том, какая энергия будет питать этих ботов. Но это не единственная перспектива применения.
Применение миозина в наноразработках
Способность этих белков к распознаванию и транспортировке различных грузов имеет множество перспектив применения во благо человечества. Например, было озвучено предложение использовать их для сортировки и фильтрации веществ, а также доставки «комплектующих» для сборки различных структур.
Вторым активно изучаемым направлением их применения являются биосенсоры — это аналитические устройства для выявления химических веществ, содержащих в себе биологический компонент. Они имеют распознающие элементы, например, антитела, вступающие в реакцию только с анализируемым веществом. По мнению специалистов, белковые моторы способны доставлять тестируемые соединения точно к этим антителам. Это поможет существенно сократить количество биоматериала, требуемого для любого анализа, а также увеличит скорость получения результатов.
Еще этот подход актуален в случаях, когда исследуемые объекты должны быть взяты в очень малых количествах, например, при аналитическом разделении белков и ДНК. Сейчас основное направление для таких случаев — нанофлюидика. Это наука о наноканалах и перемещении потоков жидкостей в них. Однако эти технологии являются энергозатратными, белковые же моторы используют собственную АТФ, что существенно снижает затраты. Эти исследования помогут улучшить возможности диагностики, сделав ее более доступной.
Также перспективным альтернативным направлением использования свойств миозина является доставка лечебного средства непосредственно к органу, для которого оно предназначено. Возможно, получится полностью искоренить такой принцип, как «одно лечится — другое калечится».
Однако в настоящий момент это, в основном, теоретические разработки. Применение белковых моторов в нанотехнологиях на практике пока далеко от реализации. Чтобы довести это всё до совершенства, требуется до конца изучить механизмы работы, дабы полностью контролировать все этапы. Ученые должны иметь возможность начинать, останавливать и направлять движение белка, присоединять к нему грузы и вовремя отцеплять их. Также на этом этапе сложно прогнозировать, окажутся ли эти методы настолько революционными и практичными, как предполагается.
Автор:
A. Konya
Подписывайтесь на канал и ставьте лайки! Впереди вас ждет еще много неочевидного и загадочного о человеческом теле и секретах долголетия.