• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Dr hab. A. Kasprzak możliwościach wykorzystania motorów białkowych

    17.12.2010. 07:40
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Białka motoryczne, które występują w żywych komórkach w przyszłości mogą znaleźć zastosowanie m.in. jako nanomotorki w elektronice. Badania nad tymi białkami mogą też pomóc w walce z rakiem czy z chorobami neurodegeneracyjnymi - mówi PAP dr hab. Andrzej Kasprzak z Instytutu Biologii Doświadczalnej PAN im. M. Nenckiego.

    Białko motoryczne to enzym, który w komórce zamienia energię rozpadu wysokoenergetycznej cząsteczki ATP (adenozynotrifosforanu) na energię mechaniczną, czyli tworzy ruch - następuje przesunięcie białka o określony krok, np. o odległość 4 czy 12 nm.

    Trzy rodziny białek obecne w cytoplazmie komórki to miozyny, kinezyny i dyneiny. Białka motoryczne łączą się ze specjalnymi "szynami" (mikrotubulami lub filamentami aktynowymi, które są polimerami białkowymi), po których mogą transportować np. organelle, kompleksy białkowe czy kwasy nukleinowe. Białko motoryczne miozyna jest odpowiedzialne za znany od czasów starożytnych skurcz mięśnia. Poza tym proteiny te są też m.in. niezbędne w procesie podziału komórki.

    Białka motoryczne być może znajdą zastosowanie w nanotechnologii.

    Jak tłumaczy dr hab. Andrzej Kasprzak, białka działają jak bardzo małe motorki, które mogą przenosić różne elementy na odległości rzędu setek mikrometrów. "To jest z punktu widzenia technologicznego fantastyczna rzecz. Na razie ten mały motorek jest bardzo kapryśny - łączy się tylko z organellami w komórce. A my byśmy chcieli, żeby to się łączyło np. z częściami mikroprocesora" - tłumaczy naukowiec.

    Zdaniem badacza, problemem jest też to, że motory białkowe funkcjonują na razie tylko w środowisku wodnym i w temperaturze typowej dla organizmów żywych. Jednak naukowcy udowodnili, że takie zastosowania są możliwe.

    Takie nanomotorki mogłyby znaleźć zastosowane np. w mikrochirurgii. "Do żyły można byłoby wprowadzić motorki, które mogłyby coś modyfikować, oczyścić, dołączyć czy zabrać. Brzmi to futurystycznie, ale nad tym się pracuje w wielu laboratoriach na całym świecie" - zapewnia badacz.

    "W jednej z niedawno opublikowanych prac pokazaliśmy, że dla motorów można tworzyć ścieżki, dróżki i na nanoskalę transportować po tych ścieżkach różne obiekty. My transportowaliśmy np. fluoryzujące kropki kwantowe, ale mogą być to dowolne elementy na skalę kilkudziesięciu czy kilkuset atomów" - mówi o badaniach swojego zespołu biolog.

    Wyniki badań nad białkami mogą być także wykorzystane w walce z rakiem. Białka motoryczne (kinezyna Eg5) biorą udział w podziale komórki. Jeśli udałoby się zablokować aktywność motoryczną takich białek w wybranych komórkach (a więc spowodować, żeby nic nie przesuwały ani transportowały), można by było np. powstrzymać komórki nowotworowe przez ich namnażaniem.

    Naukowcy wiedzą już, jaka substancja blokuje działanie białek koniecznych do podziału komórki. W firmach farmaceutycznych trwają prace nad tym, jak użyć tej substancji w leku i jak selektywnie dostarczyć ją do komórek rakowych. "Jeśli udałoby się za pomocą środków neutralnych dla organizmu zatrzymać wytwarzanie kinezyny Eg5, selektywnie w komórkach nowotworowych, to sprawa pewnych rodzajów raka jest rozwiązana" - twierdzi Kasprzak. Jak jednak zaznacza, na razie jest to jeszcze nieosiągalne.

    Niektóre białka motoryczne odgrywają też bardzo ważną rolę w komórkach układu nerwowego, gdzie transportują różne części komórki wzdłuż aksonów.

    "Badania motorów molekularnych jest bardzo ważne, jeśli chodzi o choroby neurodegeneracyjne takie jak kurczowe porażenie kończyn dolnych, ALS (stwardnienie zanikowe boczne) czy choroba Charcot-Marie-Tooth. To są w tej chwili dosyć mało znane choroby, ale stają się coraz większym problemem w społeczeństwie" - przekonuje naukowiec.

    Zaznacza, że choroby te pojawiają się w podeszłym wieku, a średnia długość ludzkiego życia wciąż rośnie. Dlatego też choroby neurodegeneracyjne staną się coraz częstsze. Zdaniem Kasprzaka, problem może stać się poważny w ciągu jednej dekady. Badania nad białkami mogłoby pomóc w zapobieganiu tym chorobom lub w ich leczeniu.

    Za cykl badań pt. "Molekularny mechanizm generacji ruchu przez mitotyczną kinezynę Ncd" zespół dr. hab. Andrzeja Kasprzaka dostał w tym roku nagrodę Wydziału II Nauk Biologicznych PAN.

    PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

    agt/bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Kinezyny (gr. kinein – poruszyć) - rodzina białek motorycznych (tzw. białek kroczących) obecna w komórkach eukariotycznych, wykazująca powinowactwo do mikrotubul i mająca zdolność do poruszania się w kierunku ich dodatniego bieguna. Wraz z dyneinami, które poruszają się w kierunku końca ujemnego, biorą udział w wielu ważnych procesach zachodzących w komórce, m.in. podziale komórkowym, transporcie wewnątrzkomórkowym (transport pęcherzykowy, transport organelli) oraz poruszaniu się.
    Podobnie jak wszystkie białka motoryczne, kinezyny są ATPazami, poprzez hydrolizę ATP uwalniają energię niezbędną do ruchu (zmiany konformacji). Cząsteczka kinezyny ma masę ok. 360 kDa i długość ok. 80 nm.

    Kinezyny (gr. kinein – poruszyć) - rodzina białek motorycznych (tzw. białek kroczących) obecna w komórkach eukariotycznych, wykazująca powinowactwo do mikrotubul i mająca zdolność do poruszania się w kierunku ich dodatniego bieguna. Wraz z dyneinami, które poruszają się w kierunku końca ujemnego, biorą udział w wielu ważnych procesach zachodzących w komórce, m.in. podziale komórkowym, transporcie wewnątrzkomórkowym (transport pęcherzykowy, transport organelli) oraz poruszaniu się.
    Podobnie jak wszystkie białka motoryczne, kinezyny są ATPazami, poprzez hydrolizę ATP uwalniają energię niezbędną do ruchu (zmiany konformacji). Cząsteczka kinezyny ma masę ok. 360 kDa i długość ok. 80 nm.

    Mikrotubula (microtubuli cellulares) – włóknista rurkowata sztywna struktura o średnicy 20 – 27 nm, powstająca w wyniku polimeryzacji białka tubuliny. Mikrotubule wraz z innymi strukturami pełnią funkcję cytoszkieletu nadając komórce kształt, a nawet przyczyniając się do jego zmiany. Biorą udział w transporcie wewnątrzkomórkowym stanowiąc szlak, po którym przemieszczają się białka motoryczne, biorą udział w czasie podziału komórki tworząc wrzeciono kariokinetyczne, które rozdziela chromosomy do komórek potomnych. Mikrotubule mogą również tworzyć stałe struktury, takie jak rzęski lub wici, umożliwiające ruch komórki.

    Mikrotubula (microtubuli cellulares) – włóknista rurkowata sztywna struktura o średnicy 20 – 27 nm, powstająca w wyniku polimeryzacji białka tubuliny. Mikrotubule wraz z innymi strukturami pełnią funkcję cytoszkieletu nadając komórce kształt, a nawet przyczyniając się do jego zmiany. Biorą udział w transporcie wewnątrzkomórkowym stanowiąc szlak, po którym przemieszczają się białka motoryczne, biorą udział w czasie podziału komórki tworząc wrzeciono kariokinetyczne, które rozdziela chromosomy do komórek potomnych. Mikrotubule mogą również tworzyć stałe struktury, takie jak rzęski lub wici, umożliwiające ruch komórki.

    Kinazy białkowe – grupa kinaz, których substratami są białka. Enzymy te przeprowadzają reakcję fosforylacji cząsteczki specyficznego dla danej kinazy białka. Fosforylacja zwykle prowadzi do zmiany konformacji cząsteczki białka i, w konsekwencji, zmiany jego aktywności, zdolności do wiązania się z innymi białkami albo przemieszczenia cząsteczki w obrębie komórki. Do 30% białek podlega regulacji na tej drodze; większość szlaków metabolicznych komórki, zwłaszcza sygnalizacyjnych, angażuje enzymy z grupy kinaz białkowych. W ludzkim genomie zidentyfikowano kilkaset genów kodujących sekwencje aminokwasowe kinaz białkowych (około 2% wszystkich genow). Funkcja kinaz białkowych podlega wielostopniowej regulacji, również angażującej kinazy i fosfatazy białkowe; fosforylacja białka kinazy może zwiększać albo zmniejszać jej aktywność. Białka aktywatorowe lub inhibitorowe przez przyłączanie się do domen regulatorowych kinaz również wpływają na ich aktywność. Niektóre kinazy posiadają domenę regulatorową, którą same mogą fosforylować (autofosforylacja albo cis-fosforylacja).

    Kinazy białkowe – grupa kinaz, których substratami są białka. Enzymy te przeprowadzają reakcję fosforylacji cząsteczki specyficznego dla danej kinazy białka. Fosforylacja zwykle prowadzi do zmiany konformacji cząsteczki białka i, w konsekwencji, zmiany jego aktywności, zdolności do wiązania się z innymi białkami albo przemieszczenia cząsteczki w obrębie komórki. Do 30% białek podlega regulacji na tej drodze; większość szlaków metabolicznych komórki, zwłaszcza sygnalizacyjnych, angażuje enzymy z grupy kinaz białkowych. W ludzkim genomie zidentyfikowano kilkaset genów kodujących sekwencje aminokwasowe kinaz białkowych (około 2% wszystkich genow). Funkcja kinaz białkowych podlega wielostopniowej regulacji, również angażującej kinazy i fosfatazy białkowe; fosforylacja białka kinazy może zwiększać albo zmniejszać jej aktywność. Białka aktywatorowe lub inhibitorowe przez przyłączanie się do domen regulatorowych kinaz również wpływają na ich aktywność. Niektóre kinazy posiadają domenę regulatorową, którą same mogą fosforylować (autofosforylacja albo cis-fosforylacja).

    Białka motoryczne (białka kroczące, białka transportowe) - rodzina białek enzymatycznych wykazująca zdolność do generowania ruchu dzięki hydrolizie ATP.

    Dodano: 17.12.2010. 07:40  


    Najnowsze