BİOLİMPİYAT
← Ders dizini

DERS 076 / 120 Hücre biyolojisi

Hücre iskeleti, motor proteinler ve yönlü hücre içi taşınma

Alan: Hücre biyolojisi | Beceri: Hücre içi izleme verisinden motor mekanizması çözmek

Üç filament sistemi

Aktin filamentleri, mikrotübüller ve ara filamentler farklı mekanik ve moleküler görevler taşır. Aktin ve mikrotübüller polar yapılardır; bu polarite belirli motorların yönlü hareketine imkân verir. Ara filamentlerin başlıca görevi dayanıklılıktır, fakat 'tamamen statik' değildirler. ATP bağlı aktin alt birimleri ve GTP bağlı tübülin dimerleri filament büyümesine katılabilir. Aktindeki ATP ve tübülinin değişebilir bölgesindeki GTP, alt birim filamente katıldıktan sonra hidrolize olabilir ve filament kararlılığını etkiler. Pollard ve Weeds, polimerleşmiş aktinde ATP hidrolizi. ATP veya GTP hidrolizi tek başına filamentin hangi ucunda kesin büyüme olacağını belirlemez; yerel alt birim derişimleri ve düzenleyici proteinler önemlidir.

Mikrotübüllerin artı uçları çoğu hücrede çevreye, eksi uçları sıklıkla merkezî örgütleme bölgesine yönelir; nöron aksonunda artı uç yönlenmesi çoğunlukla distal taraftadır, fakat dendritler karışık polarite gösterebilir. Kinesin ailelerinin çoğu artı uca, sitoplazmik dinein ağırlıklı olarak eksi uca ilerler. Her kinesin artı uca gider genellemesi doğru değildir; bazı aile üyeleri eksi uç yönünde ilerler. Miyozin V aktin üzerinde kargo taşırken miyozin II kasılma gerilimi oluşturabilir.

Tek molekül hareketinin ölçülmesi

Motorun hızı v=Δx/Δt, processivity ise bir bağlanma olayında ayrılmadan kat edilen ortalama mesafeyle ilişkilidir. İzlenen vezikülün yön değişimi, tek bir motorun yön değiştirdiğini mutlaka göstermez; aynı kargoya zıt yönlü motorlar bağlanmış olabilir. Optik cımbızlarla yük altında adım uzunluğu ve durma kuvveti ölçülebilir. Kinesin-1 için belirli koşullarda yaklaşık 8 nm mertebesinde adımlar gözlenir; tüm motor sınıfları için bu sabit değildir. Hücre ortamındaki ölçüm ile saflaştırılmış motorun in vitro davranışı farklılık gösterebilir.

Mikrotübül dinamik kararsızlığı, büyüme ve hızlı kısalma evreleri arasında geçiş içerir. GTP başlığı kaybı felaket (catastrophe) olasılığını artırabilir; kurtarma (rescue) tekrar büyümeye dönüşü tanımlar. Mikrotübül stabilizatörü veya depolimerizatörü kullanıldığında görülen taşınma kaybı, doğrudan motorun ATPaz etkinliğinin bozulduğu anlamına gelmez; üzerinde yürünecek rayların organizasyonu değişmiştir.

Hesaplama ve ayırıcı kontrol

Bir vezikül 12 saniyede 9,6 µm artı uç yönünde hareket ediyorsa ortalama hız 0,8 µm/s bulunur. Aynı vezikülün toplam izlenen yolu 15 µm iken başlangıç-son konum farkı 3 µm olabilir; izlenen yol ve net yer değiştirme birbirine karıştırılmamalıdır. ATP azalmasının hem motorları hem iyon pompalarını etkilemesi nedeniyle genetik olarak hedeflenmiş motor kaybı, genel enerji açlığına göre daha seçici bir deneydir.

IBO problemi

Akson boyunca floresan kargonun artı uç yönündeki taşınması seçici kinesin-1 kaybında yavaşlıyor; mikrotübül sayısı benzer kalıyor. En güçlü çıkarım? A) Kinesin-1 ileri taşınmaya katkıda bulunuyor olabilir. B) Tüm hücre içi taşınma yalnız kinesinle gerçekleşir. C) Dinein DNA sentezler. D) Aktin tümüyle yok olur. E) Mutasyon yalnız solunumu durdurur.

Yanıt: A. Nedensellik için kurtarma deneyi, kargo-motor bağlanması ve hücre canlılığı kontrolleri gerekir; sonuç diğer motorların katkısını dışlamaz.

Kaynak çerçevesi: Alberts, hücre iskeleti ve motor proteinler; Lodish, hücre içi trafik.


Bu ders, ilgili biyoloji literatürüne dayanan bağımsız eğitim içeriğidir. Sayısal örnekler sentetiktir; resmî IBO sorusu değildir.