Ученые отменили броуновское движение молекул в бактериальных клетках

Биологи Из Принстонского университета, проследив за перемещением отдельных молекул матричной РНК внутри живой бактерии, выяснили, что процесс их диффузии вовсе не похож на обычное броуновское движение.

Все процессы в живой клетке выполняются многочисленными биологическими молекул��ми: нуклеиновыми кислотами, белками а также Т. Д. Такие молекул�� синтезируются в строго определенных местах клетки а также потом перемещаются к " месту назначения ", туда, где они обязаны исполнить свою специфическую функцию.(Для знакомства с жизнью клетки см. Онлайн-книгу Наглядная биохимия.)

в высокоорганизованных эукариотических клетках (клетках, обладающих ядром) имеются разнообразные структуры, оптимизирующие этот процесс перемещения, - внутриклеточные мембраны а также цитоскелет, работник не только механической базой клетке, Но а также направляющий внутриклеточные " транспортные потоки ". В безъядерных (прокариотических) клетках ничего подобного нет, по этой причине до этого времени считалось, что в них перенос макромолекул происходит за счет самой обыкновенной диффузии.

При обычной диффузии молекул��, сконструированные в каком-то месте клетки а также " выпущенные на свободу ", разбредаются в согласии с простой формулой: удаление от " места рождения ", Обычно, пропорционально квадратному корню Из времени. Но известно, что в сильно неоднородных средах процесс диффузии может оказаться столь затрудненным, что молекул�� будут расходиться по Более медленному закону. По этой причине нелишне протестировать конкретно в эксперименте, подтверждается ли обычный закон диффузии При путешествии макромолекул в клеточной цитоплазме.

Именно это проделали Работники биологического факультета Принстонского университета Идо Голдинг (Ido Golding) а также Эдвард Кокс (Edward Cox). Результаты их наблюдений были не так давно представлены в публикации Physical Review Letters, 96, 098102 (10 March 2006).

Авторы разработали оригинальную методику слежения за отдельными молекул��ми матричной РНК (мРНК) в бактерии Escherichia coli. В тоже самое время с транскрипцией мРНК они При помощи специальных добавок в растущей клеточной культуре включали синтез специфического флуоресцирующего белка, который связывался с молекул��ми мРНК по мере их производства. При малых скоростях транскрипции им удавалось получить буквально одну-единственную мРНК а также " посадить " на нее несколько флуоресцентных белков. В результате этого мРНК становилась менее активной, а это означает, Более долгоживущей, а также путешествовала по клетке по крайней мере на протяжении часа. Белок же, ярко светившийся При облучении ультрафиолетом, позволял наблюдать за перемещениями отдельных молекул в обычный микроскоп.

Результаты наблюдений однозначно доказали, что диффузия мРНК в бактериальной цитоплазме происходит по Более медленному закону, чем обычная диффузия. Оказалось, что среднее удаление молекул от точки их рождения зависит от времени не как квадратный, а скорее как кубический корень (а точнее, законно t0, 35). Эта зависимость сохранялась в течение всего времени наблюдения на молекул��й: от одной секунды до получаса.

с целью того Чтобы доказать, что полученная зависимость - вовсе не игра случая, Авторы повторили опыты с колониями бактерий, выращенных под воздействием антибиотиков, и с бактериями-мутантами, у которых было нарушено производство а также без того немногочисленных зачатков цитоскелета. Кроме этого, варьировалась а также длина отслеживаемой мРНК. Во всех этих экспериментах молекул�� разбредались по цитоплазме всё по тому же закону t0, 35.

Каковы причины такого поведения молекул, покуда доподлинно не известно. Из экспериментов, однако, конкретно следует, что элементы цитоскелета у бактерий играют незначительную роль в диффузии. По-видимому, всё дело в чересчур концентрированном составе цитоплазмы. К примеру, один Из возможных механизмов замедленной диффузии таков: в процессе диффузии молекул�� безостановочно натыкаются на менее подвижные препятствия, которые их ненадолго привязывают к себе а также потом снова выпускают. Чтобы разузнать, так это или нет, потребуются дополнительные эксперименты.

Авторы обращают внимание, что интерес к точному закону диффузии молекул в клетке далеко не праздный. Более медленный закон диффузии означает не только то, что молекул��м требуется существенно больше времени, чем считалось прежде, Чтобы достичь цели. Достигнув ее, молекул��, в силу того же самого закона, будут дольше находиться рядом Для, а это означает, имеют бoльшую вероятность исполнить " свое предназначение ". Обе эти особенности важны с целью правильного понимания " физиологии бактерии ". Насколько серьезную переоценку нынешнего понимания молекул��рных процессов в бактерии повлекут за собой эти наблюдения, покажет время .