Меня всегда вдохновляли идеальные системы синтеза белков, считывания ДНК, получения энергии, работы мышц. До настоящего времени, чтобы понять все эти механизмы, ученым приходилось проводить множество экспериментов, с разных сторон подтверждающих, что все происходит именно так, а не иначе. На руках были результаты ПЦР, радиоактивные метки и, в лучшем случае, фотографии хромосом, ДНК с электронного микроскопа. Но в отношении работы маленьких белков все было намного сложнее.

Транспортные белки, такие как миозин V, перемещаются по клетке, перетаскивая груз.

В ноябре 2010 года в журнале Nature вышла статья, в которой японские исследователи показывают новый способ следить за белками в реальном времени — high-speed atomic force microscopy (AFM). Они изучали, как движется миозин V (транспортный белок, переносящий «грузы» из одной части клетки в другую) по молекуле актина (структурный белок, «распорка», помогающая клетке поддерживать форму). Теоретические знания на эту тему уже были, но нет ничего правдивее видео. Видно плохо, но можно разглядеть толстую желтую линию — актин, и «гусеницу» — миозин V. Вот так выглядит этот процесс в 3D:

Шаг «гусеницы»-миозина V — от 2 до 36 нм. И это происходит в части наших клеток прямо сейчас, и намного быстрее, чем на видео!

Эта работа — технический прорыв в прямом наблюдении за клеткой, хотя уже открытые косвенными методами «клеточные двигатели» до сих пор меня восхищают. Например, «центральная догма молекулярной биологии» — считывание с ДНК — РНК, а с РНК — белка.

ДНК состоит из двух слипшихся цепочек нуклеотидов. Их всего 4 варианта: аденин, тимин, цитозин, гуанин. Они последовательно расположены на цепи ДНК, и их порядок — и есть код, информация, которая нужна чтобы синтезировать белок. Но белок синтезируется снаружи ядра, поэтому нужен переносчик кода, РНК. РНК — это результат считывания гена — конкретного участка ДНК. Поэтому РНК — это короткая копия ДНК, которая несет последовательность нуклеотидов — «букв» — наружу. Для того, чтобы ген считался, нужно, чтобы специальные белки пометили его начало и конец. Когда это сделано, фермент (полимераза) может «бежать» по ДНК и делать ее копию (РНК) из плавающих вокруг нуклеотидов. Тут работает принцип подходит-не подходит. Аденин слипается с тимином, а гуанин — с цитозином. Получается, что РНК —это «негатив» ДНК: там, где на ДНК гуанин, на РНК — цитозин. Ген закончился, РНК считалась и поплыла наружу из ядра клетки. Снаружи к РНК прицепляется рибосома, она помогает сопоставлять последовательность «букв» с аминокислотами, из которых строится белок. Это как считывание любой цифовой информации: из 010111 на экране компьютера получается А, а из стоящих подряд CGC (цитозин-гуанин-цитозин) — аминокислота аргинин. Для сопоставления берутся по три подряд стоящих нуклеотида. Их последовательность — код — определяет, какая аминокислота подставляется к формирующемуся белку. Вот видео этого процесса:

Механика, в общем, не очень сложна, потому что идеальна. Мне кажется, что такая маленькая фабрика, которая работает в каждой клетке нашего организма в каждый момент времени — это очень захватывающе.