Myosin and Aktin Jak myosin a aktin vzájemně reagují, aby vyprodukovali mechanickou sílu.

V tomto videu se pokusím vysvětlit, jak dvě bílkoviny spolu s ATP mohou vzájemně reagovat, aby vyprodukovaly mechanický pohyb. A důvod, proč se o to budu snažit, je i to, že se vyskytuje i mimo svalové buňky. Ale tohle bude první video o podstatě fungování svalové buňky a pak budeme mluvit o tom, jak nervy stimulují svaly k práci. Ale to všechno bude navazovat na toto video. Takže, zkopíroval a vložil jsem sem dva obrázky proteinů z Wikipedie. Tohle je myosin. Vlastně je to myosin II, protože se skládá ze dvou vláken myosinového proteinu. Jsou vzájemně propleteny, takže vytváří velmi komplexně vyhlížející bílkovinu nebo enzym – říkejte tomu jak chcete. Řeknu vám, proč se nazývá enzym. Protože pomáhá přeměně ATP na ADP a fosfátovou skupinu, a proto se nazývá ATPáza. Je to podtřída ATPázových enzymů. Toto zde napravo je aktin. V tomto videu uvidíme, jak myosin používá ATP k tomu, aby se posunul po aktinu, téměř jakoby šplhal po provaze A to vytváří mechanickou energii. Nakreslím to. Nakreslím to na tento aktin, tady. Řekněme, že máme jednu z těchto myosinových hlavic. Takže když řeknu "myosinová hlavice", mám na mysli toto přesně tady. Tyto dvě hlavice zakončují řetězce, které se proplétají kolem dokola. Tady je ten druhý řetězec obtáčející se tímto způsobem. Budeme se zaobírat pouze jednou myosinovou hlavicí. Řekněme, že je v téhle pozici. Jakpak to nakreslím... Řekněme, že začíná v pozici, která vypadá asi takhle... A toto je kousek krčku a násady, který se připojuje k některé další struktuře. Budeme o tom mluvit podrobněji, ale nyní... Tohle je myosinová hlavice, ve výchozí pozici nedělá nic. ATP se může navázat na tuto myosinovou hlavici, na tento enzym, protein, ATPázu. Nakreslím nějaké ATP. Takže ATP přijde, naváže se tady na tu věc. Ve skutečnosti nebude tak velké v porovnání s proteinem, ale chci vám dát nějakou představu. Jakmile se ATP naváže na specifické místo na myosinu, ten se odpojí od aktinu. Napíšu to. Za prvé: ATP se váže na myosinovou hlavici, což způsobí to, že se myosin ihned uvolní od aktinu. Tak to je první krok. Začlo to tím, že se myosin dotýkal aktinu, přišlo ATP, a jejich vazbu uvolnilo. V dalším kroku, to bude vypadat asi takto. Chci nakreslit na stejném místě... Bude to uvolněno. Uvolní se. Tak teď vypadá asi takto... A ATP je k tomu stále připojeno. Já vím, že to může být poněkud zamotané, když stále píši to stejné dokola... Ale ATP je stále připojené. Nyní další krok – ATP se hydrolyzuje, čímž z něj získáme fosfát. To je to, co dělá enzym ATPáza. Napíšu to. Takže, krok dvě... počkejte, trochu sjedu dolů. ATP se mění na ADP plus fosfátová skupina. Tento proces uvolní energii, která nakopne mysoin do poměrně vysokého energetického stavu. Pojďme na druhý krok. Tato věc – hydrolyzuje se. Uvolní energii. Víme, že ATP je energetická měna biologických systémů. A tak uvolňuje energii. Kreslím to jako malou jiskru nebo výbuch, ale vy si představte, že se mění celá konformace, že to jakoby natahuje pružinu tohoto proteinu, tady, aby se dostal do stavu, kdy je připraven se šplhat po aktinu. Takže v kroku dvě – plus energie, a potom tohle – můžete říct, že posouvá enzym myosin do vyššího energetického uspořádání (konformace). Představte si, jakoby natahoval pružinu. A konformace (uspořádání) bílkovin znamená jen tvar. Krok dvě – stane se, že fosfátová skupina se odtrhne od zbytku ATP, ale pořád zůstávají u sebe. Vznikne ADP a tato energie mění uspořádání tak, že tento protein se teď uspořádá do pozice, která vypadá asi takto. Takhle to vypadá na konci kroku dvě. Ujistěme se, že to kreslím správně. Tak konec kroku dvě, protein vypadá přibližně takto. Takto je ve své "nakopnuté" pozici. Právě teď má spoustu energie. Právě teď je "napružený". Stále máte ADP. Adenosin a na něm máte dvě fosfátové skupiny, ADP, a ještě máte jednu fosfátovou skupiny přímo tady. Když se uvolní fosfátová skupina... Napíšu to jako třetí krok. Pamatujete si, když jsme začali, byli jsme tady. ATP se váže v kroku jedna. A na konci kroku jedna způsobí uvolnění myosinové bílkoviny. Pak po kroku jedna, přirozeně přichází krok dvě. ATP se hydrolyzuje za vzniku ADP a fosfátu. Ten uvolňuje energii a to umožňuje bílkovině myosinu, aby byla nakopnuta do stavu vysoké energie a napojila se na další příčku našeho aktinového žebříku. Teď jsme ve vysokém energetickém stavu. Napíšu to. Ve třetím kroku se uvolní fosfát. Uvolní se z myosinu. Fosfát je uvolněn z myosinu právě ve třetím kroku. Toto je fosfátová skupina, která se uvolní. Uvolní energii z tohoto nakopnutého energetického stavu, což má za násladek, že tento myosinový protein potlačí aktin. To je silný úder, když si představíte motor... To vyvolá mechanický pohyb. Když je fosfátová skupina uvolněna – pamatujte, že původní uvolnění nastane, když přeměníme ATP na ADP a fosfát. Toto ji umístí do polohy napnuté pružiny. Když se fosfát uvolní úplně, uvolní se i tato pružina. Uvolní se i tato pružina. A to tlačí na aktinové vlákno. Tlačí na aktinové vlákno. Můžete to tedy vnímat jako silný úder. Ve skutečnosti vytváříme mechanickou energii. Podle toho, který si představíte jako pevný – pokud vidíte aktin jako pevný, myosin se bude pohybovat doleva. Pokud si představíte myosin jako pevný, aktin se bude pohybovat doprava. Tak či onak. Ale to je místo, kde se prakticky tvoří svalový stah. A pak krok 4 – uvolní se ADP. Uvolní se ADP. A pak jsme přesně tam, kde jsme byli, než jsme začli s krokem jedna ale jsme o jednu příčku více doleva na molekule aktinu. Podle mě je toto naprosto úžasné. Ve skutečnosti vidíme, jak může být energie z ATP využita. Vycházíme z chemické energie nebo vazebné energie v ATP a končíme s mechanickou energií. Mechanickou energií. Pro mě je to úžasné, protože když jsem se poprvé dozvěděl o ATP... Lidé mi říkali, že díky ATP se v našich buňkách děje vše, i stahy svalů. No jasně, ale jak z vazebné energie udělám kontrakci svalu a všechno ostatní, co využívá mechanickou energii? A to je doopravdy to, jak k tomu všemu dochází. Opravdové jádro celé záležitosti. A pak si řekneš: "Páni, jak to ale změní ten tvar a všechno?" A musíte mít na paměti, tyto proteiny v závisloti na tom, co je na ně navázáno a co na ně navázáno není, změní tvar. A k dosažení některých z těchto tvarů potřebují více energie. A když to probíhá správně, tato energie může být uvolněna a tím potlačit jiný protein. A tohle je zkrátka fascinující. A nyní můžeme interakci mezi aktinem a myosinem použít jako základ pro pochopení, jak svaly vlastně pracují.