La camminata "a gambe rigide" di una proteina motoria lungo un filamento simile a una fune è stata catturata per la prima volta.

Poiché le cellule sono divise in molte parti che svolgono funzioni diverse, alcuni elementi cellulari devono essere trasportati da una parte all'altra della cellula affinché funzioni senza intoppi. Esiste un'intera classe di proteine ​​chiamate "motori molecolari", come la miosina 5, specializzati nel trasporto di merci utilizzando l'energia chimica come combustibile.

Sorprendentemente, queste proteine ​​non solo funzionano come autocarri su nanoscala, sembrano anche una creatura a due zampe che fa piccolissimi passi. Ma esattamente come Myosin 5 ha fatto questo non era chiaro.

Il movimento della miosina 5 è stato ora registrato da un team guidato da scienziati dell'Università di Oxford utilizzando una nuova tecnica di microscopia in grado di "vedere" piccoli passi di decine di nanometri catturati fino a 1000 fotogrammi al secondo. I risultati sono interessanti per chiunque cerchi di comprendere le basi della funzione cellulare, ma potrebbero anche aiutare gli sforzi volti a progettare nanomacchine efficienti.

'Fino ad ora, credevamo che il tipo di movimenti o passaggi effettuati da queste proteine ​​fosse casuale e scorrevole perché nessuno degli esperimenti suggeriva il contrario, ' ha detto Philipp Kukura del Dipartimento di Chimica dell'Università di Oxford che ha guidato la ricerca recentemente riportata sulla rivista eLife . 'Però, quello che abbiamo mostrato è che i movimenti apparivano solo casuali; se hai la capacità di guardare il movimento con velocità e precisione sufficienti, emerge un modello di camminata rigido.'

Uno dei problemi chiave per coloro che cercano di catturare le proteine ​​durante una passeggiata è che non solo queste molecole sono piccole – con passaggi molto più piccoli della lunghezza d'onda della luce e quindi della risoluzione della maggior parte dei microscopi ottici – ma si muovono anche molto rapidamente.

Philipp descrive come il team ha dovuto passare dall'equivalente al microscopio di una fotocamera per iPhone a qualcosa di più simile alle fotocamere ad alta velocità utilizzate per scattare proiettili in corsa. Anche con un'attrezzatura così precisa, il team ha dovuto etichettare i "piedi" della proteina per visualizzare con precisione la sua andatura:un piede è stato contrassegnato con un punto quantico, l'altro con una particella d'oro di soli 20 nanometri di diametro. (Confusamente, parlando tecnicamente, questi "piedi" sono chiamati "teste" della proteina perché si legano al filamento di actina).

Quindi, come fa la miosina a passare da A a B?

I ricercatori hanno creato una breve animazione [vedi sopra] per mostrare ciò che le loro immagini hanno rivelato:che la miosina 5a fa passi regolari a "gambe rigide" di 74 nanometri di lunghezza. Il movimento ricorda il roteare di una bussola divisoria usata per misurare le distanze su una mappa. Ad ogni passo le teste di miosina 5a si legano al filamento di actina prima di rilasciarsi per fare un altro passo. Nell'animazione i dolci volanti rappresentano l'ATP, che fornisce l'energia per alimentare la proteina del motore.

'Descrivo il movimento come un po' come le passeggiate nello sketch dei Monty Python sul Ministry of Silly Walks, "disse Filippo. Aggiunge che dobbiamo immaginare che questo movimento stia avvenendo in un ambiente su scala nanometrica ostile e caotico:"Pensa che sia come cercare di camminare sul filo del rasoio in un uragano mentre si viene colpiti da palline da tennis".

"Abbiamo scoperto un modo molto efficiente in cui una proteina ha scoperto di fare ciò che deve fare, cioè muovere e traghettare carichi da A a B, ' spiega Filippo. "Prima della nostra scoperta, le persone avrebbero potuto pensare che le nanomacchine artificiali potessero fare affidamento sul movimento casuale per spostarsi, ma il nostro lavoro suggerisce che sarebbe inefficiente. Questo studio mostra che se vogliamo costruire macchine efficienti come quelle che si vedono in natura, allora potrebbe essere necessario prendere in considerazione un approccio diverso.'

Sembra che se stai progettando piccole macchine, le passeggiate "sciocche" potrebbero non essere così sciocche, dopo tutto.