Moleculaire motoren, de arbeiders van de cel, kunnen in een gezamenlijke inspanning uit celblaasjes die wel honderd keer zo groot zijn als zij zelf buisvormige uitstulpingen trekken. Zulke uitstulpingen worden door cellen gebruikt om intern stoffen te transporteren. Het blijkt dat de minst efficiënte motoren, die maar één stap kunnen zetten en allemaal dezelfde kant op gaan, niet alleen zulke uitstulpingen produceren maar ze zelfs in twee richtingen kunnen laten bewegen en zo hun lengte kunnen beïnvloeden.
Onderzoekers van het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) en de Universiteit van Leiden hebben de eigenschap van zulke éénstaps- of niet-processieve motoren experimenteel weten aan te tonen. Met dit resultaat is het begrip vergroot over de manier waarop het transport van essentiële stoffen in cellen plaatsvindt. Het onderzoek wordt beschreven in een publicatie die deze week verschijnt in de online Early Edition van de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) in Washington.
Informatie transport
Moleculaire motoren, eiwitten die zich mechanisch verplaatsen en daarbij arbeid verrichten, zijn onmisbaar voor het overdragen van informatie en het transporteren van stoffen in cellen. Zulke stoffen zitten vaak in blaasjes (met afmetingen van 10 tot 100 nanometer) en daaraan verbonden buisjes die een lengte hebben van enkele micrometers. De wand van die blaasjes en buisjes bestaat uit membranen. De motoren hechten zich aan de membranen en verplaatsen zich dan langs microtubuli, langgerekte staafjes die als een soort monorails door de cel lopen.
Er zijn twee soorten motoren. Het ene type kan lange afstanden over de microtubuli afleggen voordat ze er vanaf vallen. Met grote aantallen tegelijk verplaatsen ze de ladingen (blaasjes en buisjes) een eind over de microtubuli. Het andere type motor kan maar één stap in één richting maken en laat dan de microtubule weer los.
Heen en weer
De onderzoekers hebben een zo eenvoudig mogelijk modelsysteem ontworpen om naar het collectieve gedrag van dit tweede type motor te kijken. In dat model clusteren deze zogeheten niet-processieve motoren langs een membraanbuis. De motoren in de cluster aan het uiteinde van de buis werken samen om de buis vooruit te trekken, terwijl het membraan zelf zich als een gespannen elastiekje wil terugtrekken. Door om beurten te stappen terwijl andere zowel de membraanbuis als de microtubule vasthouden, kunnen de motoren in deze cluster collectief aan de buis trekken.
Af en toe laten echter alle motoren in de voorste cluster de microtubule tegelijk los en trekt de buis zich terug tot de volgende cluster. Die grijpt het uiteinde van de buis en trekt verder in dezelfde richting als de vorige cluster. Op deze manier kunnen de motoren, die elk op zich steeds maar één stap dezelfde kant uit zetten, collectief de membraanbuis in een soort heen en weer bewegende greep houden. Ze spelen daarom waarschijnlijk een belangrijke rol in het reguleren van de lengte van membraanbuizen in de cel.
