Yürüyen Motor Kinesin Proteinleri Gerçekten Bir Mucize mi?
Canlılığın en basit yapı birimi olan hücre, içinde yaşadığınız şehirden onlarca kat daha kompleks ve kalabalık. Binlerce farklı protein, DNA, organeller, besinler ve daha birçok molekül hücrenin içinde bir çorba halinde. Bu çorbanın içinde bir yerden bir yere gitmesi gereken onlarca “kargo” var. Hücrenin dışına atılması gereken artıklar, içeri alınan ve hücre çekirdeğine taşınması gereken nükleotitler, uzun sinir hücrelerinde taşınan organeller ve daha birçoğu hücrenin düzgün çalışabilmesi için doğru zamanda doğru yerde olmalı. Hücre gibi oldukça karmaşık bir yapı içerisinde difüzyonla, moleküllerin rastgele hareketleriyle bütün bu organize taşımacılığın yapılması imkansız. İşte bu noktada motor proteinler devreye giriyor ve hücre iskeleti (cytoskeleton) ile birlikte hücreleri bir uçtan bir uca saran bir tren ağı oluşturuyorlar.
Ökaryot hücrelerinde bulunan kinesin adlı protein bir maddeyi “yürüyerek” iletmesi nedeniyle bizim için bir hayli ilgi çekici olmuştur. Bu kinesin proteini aslında bir motor proteinidir ve ileteceği maddeyi mikrotübül lifler üzerinde taşımaktadır. Hücreler çeşitli moleküllerin hatta bir hücre etrafındaki tüm organellerin iletilmesi ihtiyacını duyabilmektedir. Bu hareketi başarmak için de hücreler molekül motorlarını kullanırlar. Bu biyolojik molekül motorları üç ana sınıfa ayrılır. Bunlardan biri de kinesinlerdir. Diğer motorlar ise miyosin ve dinein (İng. dynein)lerdir. Bunların her biri çok çeşitli hücresel süreçlerde hayati rollere sahiptirler. Moleküler motorlar aslında biyolojik dünyamızın kargo işlerine bakan görevlilerdir ve kinesin ya da dinein mikrotübülleri yahut miyosin aktin lifleri boyunca kargoları taşırlar. Bu mikrotübüller ile aktin lifleri geniş bir kargo trafiği için hücre içinde karayolları gibi çalışırlar. Böylece, kinesin proteinleri enerjisini de ATP dediğimiz Adenozin trifosfatın hidrolizinden alarak mikrotübül lifi üzerinde yürüyen yüksek derecede korunmuş yaklaşık 340 kalıntı motor içeren bir moleküler motor ailesidir.
Canlılığın en basit yapı birimi olan hücre, içinde yaşadığınız şehirden onlarca kat daha kompleks ve kalabalık. Binlerce farklı protein, DNA, organeller, besinler ve daha birçok molekül hücrenin içinde bir çorba halinde. Bu çorbanın içinde bir yerden bir yere gitmesi gereken onlarca “kargo” var. Hücrenin dışına atılması gereken artıklar, içeri alınan ve hücre çekirdeğine taşınması gereken nükleotitler, uzun sinir hücrelerinde taşınan organeller ve daha birçoğu hücrenin düzgün çalışabilmesi için doğru zamanda doğru yerde olmalı. Hücre gibi oldukça karmaşık bir yapı içerisinde difüzyonla, moleküllerin rastgele hareketleriyle bütün bu organize taşımacılığın yapılması imkansız. İşte bu noktada motor proteinler devreye giriyor ve hücre iskeleti (cytoskeleton) ile birlikte hücreleri bir uçtan bir uca saran bir tren ağı oluşturuyorlar.
Ökaryot hücrelerinde bulunan kinesin adlı protein bir maddeyi “yürüyerek” iletmesi nedeniyle bizim için bir hayli ilgi çekici olmuştur. Bu kinesin proteini aslında bir motor proteinidir ve ileteceği maddeyi mikrotübül lifler üzerinde taşımaktadır. Hücreler çeşitli moleküllerin hatta bir hücre etrafındaki tüm organellerin iletilmesi ihtiyacını duyabilmektedir. Bu hareketi başarmak için de hücreler molekül motorlarını kullanırlar. Bu biyolojik molekül motorları üç ana sınıfa ayrılır. Bunlardan biri de kinesinlerdir. Diğer motorlar ise miyosin ve dinein (İng. dynein)lerdir. Bunların her biri çok çeşitli hücresel süreçlerde hayati rollere sahiptirler. Moleküler motorlar aslında biyolojik dünyamızın kargo işlerine bakan görevlilerdir ve kinesin ya da dinein mikrotübülleri yahut miyosin aktin lifleri boyunca kargoları taşırlar. Bu mikrotübüller ile aktin lifleri geniş bir kargo trafiği için hücre içinde karayolları gibi çalışırlar. Böylece, kinesin proteinleri enerjisini de ATP dediğimiz Adenozin trifosfatın hidrolizinden alarak mikrotübül lifi üzerinde yürüyen yüksek derecede korunmuş yaklaşık 340 kalıntı motor içeren bir moleküler motor ailesidir.
Kinesin I proteini ilk olarak mikrotübüller boyunca parçacıkların hareketinin arkasındaki motor olarak tanımlanmıştı. Ancak daha sonra çok farklı hücre türlerinde birkaç farklı türdeki kargonun taşınması hareketinin kaynağı olduğu bulundu. Kinesin I proteini iki ağır zincir ve iki hafif zincirin bir çoklutetramerinden oluşmaktadır. İki ağır zincir katalitik motor alanı içerir ve kargo hareketinin yönünü belirlemede önemli olan kısa boyunlu bağlayıcı bölgeye sahiptir. Ayrıca hafif zincirlere bağlanmayı sağlayan halkalı dimerizasyon alanını da içermektedir. Hafif zincirler taşınacak maddeyi bağlar ve ağır zincirlerin motor aktivitesini düzenler. Bu iki kinesin proteinin başı bu bahsettiğimiz yürüyüş hareketine olanak tanır böylelikle. Bu kinesin proteinin motor aktivitesi kargonun yani taşınacak maddenin yokluğunda kapanır.
Peki, kinesin proteinleri kargo olarak neleri taşıyorlar?
Kinesinler değişik türde
kargo türünü taşıyabiliyorlar. Bir hücre içindeki farklı zarsız yapıları
taşıyabilirler. Bunlar mitokondri, endoplazmik retikulum, golgi kesesi
olabilir. Protein komplekslerini de kinesinler taşıyabilir. Bu görev
hücre haberleşmesi, doku metamorfozu ve gelişimi için de önemlidir.
Kromozomları da taşırlar, kinesinle hücre bölünmesi sırasında
kromozomların doğru ayrışmasını sağlamada yardımcı olurlar. Nöronlarda,
farklı mRNA’lar kinesinler aracılığıyla dendritlere taşınırlar. Ayrıca
çok sayıda virüs de hücre içi taşıma sistemleri yani kinesinleri
sayesinde kendileri için bir avantaj olarak bunu kullanabilirler.
Peki gerçekten bu yürüyen kinesin proteininin bir açıklaması yok mu?
2008 yılında Nobel Ödülü [kaynak] alan GFP (green fluorescent protein/ yeşil floresan protein) bu noktada imdadımıza yetişiyor. Genetik yöntemler kullanarak çalıştığımız proteine bağladığımız GFP sayesinde ışık mikroskobu kullanarak bu proteinlerin konumlarını nanometre çözünürlükte takip edebiliyoruz. GFP nin, dolaylı olarak da hareket eden motor proteinin konum-zaman grafiği bize yürüme mekanizmasını ilk bakışta anlatıyor. Örneğin kinesin molekülü insan yürümesine benzeyen ve adım-adım üstüne (hand-over-hand) mekanizmasıyla 8 nm’lik adımlar atıyor. Dahası ayakların adımları birbiriyle mekano-kimyasal bir sistemle senkronize edilmiş. Protein o anki yapısal şekli itibariyle hangi bacağın arkada olduğunu belirleyip, AvTP hidroliziyle birlikte o bacağını hareket ettiriyor. Bu kadar ufak bir sistemde bu seviyede bir organizasyon.
Kinesin proteininde gözlemlenen bu yürüme, daha doğrusu adım atma mekanizması sabit bir oranda gerçekleşiyor.
Dahası ayakların adımları birbiriyle mekano-kimyasal bir sistemle senkronize edilmiş. Protein o anki yapısal şekli itibariyle hangi bacağın arkada olduğunu belirleyip, AvTP hidroliziyle birlikte o bacağını hareket ettiriyor.Hücrede bulunan hidroliz neredeyse mekanik biçimde hareketleri gerçekleştiriyor ve bu adımları maddeleri taşımak için atıyor.
Columbia Üniversitesi’nde biyofizik alanında doktorasını 2013 yılında tamamlayan Dr. Emmanuel Dumont tarafından hazırlanan “Inner life of a cell” (Hücrenin İçindeki Yaşam)dan bir bölümde animasyonla bu heyecan verici olayı kafamızda canlandırabilmek mümkün. Aşağıdaki videodan bu animasyonu izleyebilirsiniz ,
2008 yılında Nobel Ödülü [kaynak] alan GFP (green fluorescent protein/ yeşil floresan protein) bu noktada imdadımıza yetişiyor. Genetik yöntemler kullanarak çalıştığımız proteine bağladığımız GFP sayesinde ışık mikroskobu kullanarak bu proteinlerin konumlarını nanometre çözünürlükte takip edebiliyoruz. GFP nin, dolaylı olarak da hareket eden motor proteinin konum-zaman grafiği bize yürüme mekanizmasını ilk bakışta anlatıyor. Örneğin kinesin molekülü insan yürümesine benzeyen ve adım-adım üstüne (hand-over-hand) mekanizmasıyla 8 nm’lik adımlar atıyor. Dahası ayakların adımları birbiriyle mekano-kimyasal bir sistemle senkronize edilmiş. Protein o anki yapısal şekli itibariyle hangi bacağın arkada olduğunu belirleyip, AvTP hidroliziyle birlikte o bacağını hareket ettiriyor. Bu kadar ufak bir sistemde bu seviyede bir organizasyon.
Kinesin proteininde gözlemlenen bu yürüme, daha doğrusu adım atma mekanizması sabit bir oranda gerçekleşiyor.
Dahası ayakların adımları birbiriyle mekano-kimyasal bir sistemle senkronize edilmiş. Protein o anki yapısal şekli itibariyle hangi bacağın arkada olduğunu belirleyip, AvTP hidroliziyle birlikte o bacağını hareket ettiriyor.Hücrede bulunan hidroliz neredeyse mekanik biçimde hareketleri gerçekleştiriyor ve bu adımları maddeleri taşımak için atıyor.
Columbia Üniversitesi’nde biyofizik alanında doktorasını 2013 yılında tamamlayan Dr. Emmanuel Dumont tarafından hazırlanan “Inner life of a cell” (Hücrenin İçindeki Yaşam)dan bir bölümde animasyonla bu heyecan verici olayı kafamızda canlandırabilmek mümkün. Aşağıdaki videodan bu animasyonu izleyebilirsiniz ,
Kaynaklar,
1.Video-Emmanuel Dumont- https://www.youtube.com/watch?v=y-uuk4Pr2i8
2.https://www.ebi.ac.uk/interpro/potm/2005_4/Page1.htm
3.https://en.wikipedia.org/wiki/Kinesin
4.https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2008/press-release/
4.https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2008/press-release/
