Motor Proteinler ve Hücre İçi Taşıma

Açılış

Bölümde üç kez söz verdik ve hep aynı yere ertelendi: silyumun nasıl büküldüğü (Ders 02-10), kasılabilen demetin nasıl kısaldığı (Ders 02-28), veziküllerin nasıl taşındığı (Ders 02-25).

Üçünün de cevabı aynı yerde:

Hücre iskeleti yolları kuruyor ama kendisi hareket etmiyor. Hareketi üreten şey, o yollar üzerinde adım atan proteinler. Ve bu proteinler gerçekten yürüyor — mecazi anlamda değil, iki "ayağını" sırayla ileri atarak.

Bu ders K3 katmanında ve K3'ün işini yapıyor: üç ayrı yerde görülen hareketin tek bir mekanizmadan çıktığını göstermek.

Bu derste ne olacak

Önce motor proteini tanımlayıp nasıl çalıştığını göreceğiz. Sonra üç motor ailesini ve hangi yolda yürüdüklerini ele alacağız. Ardından yön seçiminin nasıl yapıldığını göreceğiz. Sonra aynı mekanizmanın üç farklı sonucu nasıl ürettiğini çıkaracağız — dersin merkezi bu. Son olarak uzun hücrelerde taşımanın neden kritik olduğunu konuşacağız.

Sıfır noktası

Üç aile var ve her biri belirli bir yolda çalışıyor:

Ve dikkat: ara filament üzerinde motor yok (Ders 02-29). Sebep yönsüz olması — yön yoksa yürünecek bir doğrultu da yok.

Bu, iskeletin üç bileşeni arasındaki iş bölümünü tamamlıyor: ikisi yol, biri bağ.

Mekanizma

Motor nasıl çalışıyor

Her motor proteinin üç bölümü var:

1. Baş. Filamente tutunan ve adım atan kısım. Genellikle iki tane.

2. Boyun. Başları gövdeye bağlayan esnek bölüm.

3. Kuyruk. Taşınacak yüke tutunan kısım.

Ve çalışma döngüsü dört adımlı:

1. Bir baş filamente tutunur.
2. Enerji harcanır ve baş biçim değiştirir.
3. Biçim değişimi, diğer başı ileri savurur. Öndeki baş yeni bir yere tutunur.
4. Arkadaki baş bırakır ve döngü tekrarlanır.

Sonuç: iki baş sırayla ilerliyor — tam olarak yürümek gibi.

Ve mekanizmanın kritik özelliği: her an en az bir baş tutunmuş durumda. İkisi birden bıraksaydı motor yükü düşürürdü.

Bu, uzun mesafeli taşımanın koşulu ve bir tasarım fikri veriyor:

Sürekli tutunma, sürekli hareketten önce gelir. Bırakan bir taşıyıcı yükü kaybeder.

Bu ayrım hızın neye bağlı olduğunu da gösteriyor: hız, motorun adım hızına bağlı — ve yük ağırlaştıkça adımlar yavaşlar; yeterince büyük bir yükte motor durur.

Yön nasıl seçiliyor

Ders 02-30'da kurmuştuk: mikrotübüller yönlü ve sentrozomdan başlıyor. Şimdi bu yönün nasıl kullanıldığını görüyoruz.

Kinezin genellikle filamentin hızlı büyüyen ucuna doğru gider — yani dışa doğru.

Dinein genellikle yavaş büyüyen uca doğru gider — yani merkeze doğru.

Yani iki motor ailesi, aynı yol üzerinde zıt yönlerde çalışıyor.

Ve bu, temiz bir çözüm: yolu çift yönlü yapmak yerine, iki farklı taşıyıcı kullanmak.

Bir benzetme: tek yönlü bir raylı sistem üzerinde, biri ileri biri geri hareket edebilen iki farklı araç.

Ve buradan bir çıkarım kuralı doğuyor:

Bir yükün hücrede hangi yöne gideceği, ona hangi motorun bağlandığıyla belirlenir.

Bu, Ders 02-17'de kurduğumuz adresleme sisteminin son parçası. Sistem şimdi tamamlandı:

1. Üretim yeri ilk ayrımı yapar (Ders 02-19).
2. Golgi çıkışı hedefi belirler (Ders 02-22).
3. Vezikül yüzeyindeki işaret hedefi tanır (Ders 02-25).
4. Bağlanan motor hangi yöne gidileceğini belirler (bu ders).

Dört katman, kademeli daraltma — Ders 01-57'deki lokalizasyon mantığının aynı yapısı.

Ve bir ayrıntı: bir yüke aynı anda iki zıt motor da bağlı olabilir. Bu durumda hangisinin baskın olduğu, yükün hangi yöne gideceğini belirler — ve bu, taşımanın yön değiştirebilmesini sağlar.

Aynı mekanizma, üç farklı sonuç

Şimdi K3'ün asıl işine geliyoruz ve bölümün üç sözünü birden ödüyoruz.

Motor proteinlerin çalışma biçimi aynı: filament üzerinde adım atmak. Ama neyin sabit, neyin serbest olduğuna göre üç farklı sonuç çıkıyor.

Sonuç 1 — Yük hareket eder (taşıma).

Filament sabit, motor yüke bağlı. Motor yürüyünce yük taşınır.

Bu, vezikül trafiği (Ders 02-25) ve organel yerleşimi (Ders 02-23).

Sonuç 2 — Filamentler birbirine göre kayar (kasılma).

İki filament zıt yönde dizili ve motor ikisine birden tutunmuş. Motor yürüyünce filamentler birbirinin üzerinden kayar ve yapı kısalır.

Bu, kasılabilen demet (Ders 02-28) ve kas kasılması.

Sonuç 3 — Yapı bükülür (silyum hareketi).

Filamentler birbirine bağlarla tutturulmuş ve motor aralarında kayma üretiyor. Bağlar kaymayı engellediği için yapı eğilmek zorunda kalıyor.

Bu, silyum ve kamçı hareketi (Ders 02-10).

Üç sonuç, tek mekanizma. Ve farkı üreten şey:

Bu tablo, dersin en aktarılabilir çıktısı ve bir genel ilke veriyor:

Aynı kuvvet, kısıtlamalara göre farklı hareketler üretir.

Kısıtlama yoksa taşıma, karşılıklı kısıtlama varsa kısalma, bağlarla kısıtlama varsa bükülme.

Bu, Ders 02-28'de dizilim için kurduğumuz gözlemin genelleşmiş hâli: orada "nasıl dizildiği" belirleyiciydi, burada "neyin sabitlendiği".

İkisi birlikte kursun ana fikirlerinden birini oluşturuyor: işlev, bileşenlerden değil bileşenlerin ilişkisinden çıkar.

Uzun hücrelerde taşıma

Bu bölüm, dersin en somut klinik bağlantısı ve Ders 02-30'da haber verilmişti.

Sinir hücrelerinin uzantıları çok uzundur (Ders 02-02). Ve bu uzunluk bir sorun üretiyor:

Üretim hücre gövdesinde, kullanım uzantının ucunda.

Yani üretilen her şeyin çok uzun bir mesafe kat etmesi gerekiyor. Ve bu, iki şeyi zorunlu kılıyor:

1. Kalıcı bir yol. Mikrotübüller burada kalıcıdır (Ders 02-30) çünkü yol sürekli kullanılıyor.

2. Çift yönlü trafik. Gövdeden uca malzeme gidiyor, uçtan gövdeye geri dönen malzeme ve bilgi geliyor.

İkinci madde önemli: taşıma tek yönlü değil. Uçtan gövdeye dönen akış, gövdeye uçtaki durum hakkında bilgi taşıyor.

Bu, Ders 02-25'te zar dengesi için kurduğumuz ilkenin bir başka örneği: tek yönlü akış sürdürülemez; geri dönüş de olmalı.

Ve buradan üç çıkarım doğuyor:

1. Uzun hücreler taşıma sistemine en bağımlı hücrelerdir. Kısa bir hücrede yayılma yeterli olabilir; uzun bir hücrede yetmez.

2. Taşıma bozulursa uç önce etkilenir. Gövde sağlam kalsa bile, en uzak bölge beslenemez.

3. Sorun, kaynağından uzakta görünür. Bozukluk taşıma sisteminde ama belirti uçta ortaya çıkıyor.

Üçüncü madde, Kurs 01'de kurduğumuz bir örüntünün hücre içi hâli (Ders 01-65, beşinci örüntü): bulgunun yeri, kaynağın yeri olmayabilir.

Orada yansıyan ağrı ve sıvı hareketiydi; burada taşıma mesafesi. Farklı mekanizma, aynı sonuç.

Ve her zamanki sınır (Ders 00-16): bunlar yapısal çıkarımlardır, tanı değil.

Kendin dene

Toparlayalım

• İskelet yolları kurar ama hareket etmez; hareketi, yollar üzerinde ADIM ATAN motor proteinler üretir.
• Üç aile: miyozin aktinde, kinezin ve dinein mikrotübülde çalışır.
• Ara filament üzerinde motor YOKTUR çünkü yönsüzdür — ikisi yol, biri bağ.
• Motorun üç bölümü: baş (adım atar), boyun (esnek), kuyruk (yüke tutunur).
• Her an en az bir baş tutunmuş durumdadır; ikisi birden bıraksa yük düşer.
• İLKE: sürekli tutunma, sürekli hareketten önce gelir.
• Motor yolun üzerinde kendisi yürür; yük ona bağlı olduğu için onunla taşınır.
• Hız, motorun adım hızına bağlıdır; yük ağırlaştıkça adımlar yavaşlar, çok büyük yükte motor durur.
• Kinezin dışa, dinein merkeze doğru gider: aynı yol, iki zıt taşıyıcı.
• ÇIKARIM KURALI: bir yükün hangi yöne gideceği, ona hangi motorun bağlandığıyla belirlenir.
• Adresleme sistemi böylece tamamlandı: üretim yeri → Golgi çıkışı → vezikül işareti → bağlanan motor.
• AYNI MEKANİZMA ÜÇ SONUÇ ÜRETİR: yük taşınır, yapı kısalır ya da yapı bükülür.
• Farkı üreten şey neyin sabitlendiği: kısıtlama yoksa taşıma, karşılıklı kısıtlama varsa kısalma, bağlarla kısıtlama varsa bükülme.
• İLKE: aynı kuvvet, kısıtlamalara göre farklı hareketler üretir.
• İŞLEV, BİLEŞENLERDEN DEĞİL BİLEŞENLERİN İLİŞKİSİNDEN ÇIKAR.
• Uzun hücrelerde üretim gövdede, kullanım uçtadır; bu, kalıcı yol ve çift yönlü trafik gerektirir.
• Taşıma tek yönlü değildir; uçtan gövdeye dönen akış bilgi taşır.
• Uzun hücreler taşımaya en bağımlı hücrelerdir; taşıma bozulursa uç önce etkilenir.
• Sorun kaynağından uzakta görünür — "bulgunun yeri, kaynağın yeri olmayabilir" örüntüsünün hücre içi hâli.

Bir sonraki derste iskeletin doku ölçeğindeki sonucuna geçiyoruz.