Компьютерную игру Death Stranding в шутку называют симулятором реалистичной ходьбы. Герой (которого играет звезда «Ходячих мертвецов» Норман Ридус) доставляет грузы из одного убежища в другое, регулярно спотыкаясь, падая и всячески страдая.
Что-то подобное происходит и внутри нас. В наших клетках существуют молекулярные «локомотивы» — белки, способные доставлять «грузы» из одной части клетки в другую. Один такой «моторчик» называется кинезин — это белок, который в буквальном смысле умеет «ходить» по клеточным микротрубочкам. У кинезина есть две «ноги», которыми он «шагает» по очереди.
Кинезины выполняют множество разных задач. Например, они участвуют в транспортировке мембранных пузырьков, содержащих нейромедиаторы, и доставляют их на значительные расстояния по отросткам нейронов. Нервные клетки выпускают нейромедиаторы, чтобы воздействовать на другие нервные клетки.
Существует аналогичный транспорт белков, нарушения которого предположительно вносят вклад в развитие болезни Паркинсона [1].
Любопытно, что типичные кинезины ходят по микротрубочкам в одну сторону, а в другую сторону ходят другие белки - динеины. Некоторые вирусы, например, герпеса [2] и бешенства [3], научились использовать эту систему транспорта в интересах собственного распространения. Ведь это удивительно, как то же бешенство постепенно распространяется от места укуса зараженным животным до центральной нервной системы.
Есть очень классное видео «The Inner Life of the Cell» («Внутренняя жизнь клетки»), в котором среди прочего показана ходьба кинезинов.
Недавно в интернете я наткнулся на дискуссию о том, как ужасен научно-популярный жанр – ведь он упрощает и тем самым искажает реальность!
И я вспомнил этот замечательный ролик. Ведь на самом деле кинезины ходят не так, как в нем показано!
Во-первых, типичный кинезин «хромает». Одна его «нога» совершает шаг быстрее, чем другая [4].
Во-вторых, типичный кинезин шагает и вперед, и назад. Это стохастический процесс, просто назад он шагает реже — и этого достаточно. Чем тяжелее груз, тем чаще происходят шаги обратно [5].
В этом, кстати, интересное отличие молекулярных машин и тех, которыми мы привыкли пользоваться в нашем макромире. Представьте, если бы автомобиль ехал по принципу пятьсот метров вперед, сто метров назад, но это как повезет. Или возьмем такой процесс, как удвоение ДНК. Легко представить, что правильные нуклеотиды (обозначаемые буквами A, T, G, C) «магическим образом» встают на правильные места. Но в реальности нуклеотиды стохастически плавают, пока их случайно не схватит фермент, который достраивает ДНК. Захватываются и правильные и неправильные нуклеотиды, но только правильные удерживаются надолго, поэтому имеют гораздо больший шанс встать на нужное место. И все же иногда прикрепляются неправильные буквы, что может приводить к мутациям.
В-третьих, типичный кинезин достигает скорости перемещения около 800нм/секунду [6]. С учетом того, что один шаг составляет 8нм, мы получаем примерно сто шагов в секунду (с оговоркой, что процесс стохастический и может зависеть от разных условий). То есть ролик показывает нам движение в сильно замедленном режиме. И тем самым вводит в заблуждение!
Надо сказать, что в моем уточняющем комментарии тоже есть неточности. Например, я пишу о кинезинах, но на самом деле это большое семейство белков. Не все белки семейства одинаково изучены, а даже те, которые изучены, могут ходить, например, в разные стороны [7]. Уверен, что специалист по кинезинам предложит еще массу оговорок и расскажет, где я ошибся. Не говоря уж о том, что реальность в данном вопросе сложнее, чем наше самое точное ее описание.
Так что теперь, не рассказывать людям о кинезинах? Ругать «The Inner Life of the Cell»? Мне видится такой подход очень странным. Ну а желающие узнать все детали всегда могут пойти и прочитать оригиналы научных статей.
Когда Уотсон и Крик пытались определить структуру молекулы ДНК у них был конструктор, в котором они игрались с возможными моделями. В этом конструкторе использовались шарики, изображавшие разные атомы, которые соединялись в молекулы. Разумеется, эти шарики имеют мало общего с настоящими атомами, но это не помешало ученым предложить структуру ДНК, которую мы сегодня считаем наиболее точной. Не стоит недооценивать силу абстракции.
А что думаете вы по поводу «упрощающего» науч-попа? Полезен он или, наоборот, вводит в заблуждение? С удовольствием почитаю ваши ответы под этим постом.[1] Chu Y, Morfini GA, Langhamer LB, He Y, Brady ST, Kordower JH. Alterations in axonal transport motor proteins in sporadic and experimental Parkinson's disease. Brain. 2012 Jul;135(Pt 7):2058-73
[2] Dodding MP, Way M. Coupling viruses to dynein and kinesin-1. EMBO J. 2011;30(17):3527-3539. Published 2011 Aug 31. doi:10.1038/emboj.2011.283
[3] Bauer A, Nolden T, Schröter J, et al. Anterograde glycoprotein-dependent transport of newly generated rabies virus in dorsal root ganglion neurons. J Virol. 2014;88(24):14172-14183.
[4] Fehr AN, Gutiérrez-Medina B, Asbury CL, Block SM. On the origin of kinesin limping. Biophys J. 2009;97(6):1663-1670. doi:10.1016/j.bpj.2009.07.004
[5] Taniguchi Y, Yanagida T. The forward and backward stepping processes of kinesin are gated by ATP binding. Biophysics (Nagoya-shi). 2008;4:11-18. Published 2008 Oct 15.
[6] Jonathon Howard, Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton, 2001 Sinauer Associates, Inc. chap.16 p.267 table 16.2
[7] Shao Q, Gao YQ. On the hand-over-hand mechanism of kinesin. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006;103(21):8072-8077.
Что-то подобное происходит и внутри нас. В наших клетках существуют молекулярные «локомотивы» — белки, способные доставлять «грузы» из одной части клетки в другую. Один такой «моторчик» называется кинезин — это белок, который в буквальном смысле умеет «ходить» по клеточным микротрубочкам. У кинезина есть две «ноги», которыми он «шагает» по очереди.
Кинезины выполняют множество разных задач. Например, они участвуют в транспортировке мембранных пузырьков, содержащих нейромедиаторы, и доставляют их на значительные расстояния по отросткам нейронов. Нервные клетки выпускают нейромедиаторы, чтобы воздействовать на другие нервные клетки.
Существует аналогичный транспорт белков, нарушения которого предположительно вносят вклад в развитие болезни Паркинсона [1].
Любопытно, что типичные кинезины ходят по микротрубочкам в одну сторону, а в другую сторону ходят другие белки - динеины. Некоторые вирусы, например, герпеса [2] и бешенства [3], научились использовать эту систему транспорта в интересах собственного распространения. Ведь это удивительно, как то же бешенство постепенно распространяется от места укуса зараженным животным до центральной нервной системы.
Есть очень классное видео «The Inner Life of the Cell» («Внутренняя жизнь клетки»), в котором среди прочего показана ходьба кинезинов.
И я вспомнил этот замечательный ролик. Ведь на самом деле кинезины ходят не так, как в нем показано!
Во-первых, типичный кинезин «хромает». Одна его «нога» совершает шаг быстрее, чем другая [4].
Во-вторых, типичный кинезин шагает и вперед, и назад. Это стохастический процесс, просто назад он шагает реже — и этого достаточно. Чем тяжелее груз, тем чаще происходят шаги обратно [5].
В этом, кстати, интересное отличие молекулярных машин и тех, которыми мы привыкли пользоваться в нашем макромире. Представьте, если бы автомобиль ехал по принципу пятьсот метров вперед, сто метров назад, но это как повезет. Или возьмем такой процесс, как удвоение ДНК. Легко представить, что правильные нуклеотиды (обозначаемые буквами A, T, G, C) «магическим образом» встают на правильные места. Но в реальности нуклеотиды стохастически плавают, пока их случайно не схватит фермент, который достраивает ДНК. Захватываются и правильные и неправильные нуклеотиды, но только правильные удерживаются надолго, поэтому имеют гораздо больший шанс встать на нужное место. И все же иногда прикрепляются неправильные буквы, что может приводить к мутациям.
В-третьих, типичный кинезин достигает скорости перемещения около 800нм/секунду [6]. С учетом того, что один шаг составляет 8нм, мы получаем примерно сто шагов в секунду (с оговоркой, что процесс стохастический и может зависеть от разных условий). То есть ролик показывает нам движение в сильно замедленном режиме. И тем самым вводит в заблуждение!
Надо сказать, что в моем уточняющем комментарии тоже есть неточности. Например, я пишу о кинезинах, но на самом деле это большое семейство белков. Не все белки семейства одинаково изучены, а даже те, которые изучены, могут ходить, например, в разные стороны [7]. Уверен, что специалист по кинезинам предложит еще массу оговорок и расскажет, где я ошибся. Не говоря уж о том, что реальность в данном вопросе сложнее, чем наше самое точное ее описание.
Так что теперь, не рассказывать людям о кинезинах? Ругать «The Inner Life of the Cell»? Мне видится такой подход очень странным. Ну а желающие узнать все детали всегда могут пойти и прочитать оригиналы научных статей.
Когда Уотсон и Крик пытались определить структуру молекулы ДНК у них был конструктор, в котором они игрались с возможными моделями. В этом конструкторе использовались шарики, изображавшие разные атомы, которые соединялись в молекулы. Разумеется, эти шарики имеют мало общего с настоящими атомами, но это не помешало ученым предложить структуру ДНК, которую мы сегодня считаем наиболее точной. Не стоит недооценивать силу абстракции.
[2] Dodding MP, Way M. Coupling viruses to dynein and kinesin-1. EMBO J. 2011;30(17):3527-3539. Published 2011 Aug 31. doi:10.1038/emboj.2011.283
[3] Bauer A, Nolden T, Schröter J, et al. Anterograde glycoprotein-dependent transport of newly generated rabies virus in dorsal root ganglion neurons. J Virol. 2014;88(24):14172-14183.
[4] Fehr AN, Gutiérrez-Medina B, Asbury CL, Block SM. On the origin of kinesin limping. Biophys J. 2009;97(6):1663-1670. doi:10.1016/j.bpj.2009.07.004
[5] Taniguchi Y, Yanagida T. The forward and backward stepping processes of kinesin are gated by ATP binding. Biophysics (Nagoya-shi). 2008;4:11-18. Published 2008 Oct 15.
[6] Jonathon Howard, Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton, 2001 Sinauer Associates, Inc. chap.16 p.267 table 16.2
[7] Shao Q, Gao YQ. On the hand-over-hand mechanism of kinesin. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006;103(21):8072-8077.