Un equipo de biofísicos de la Universidad de Massachusetts Amherst y la Facultad de Medicina de Penn State se propuso abordar la pregunta de larga data sobre la naturaleza de la generación de fuerza por la miosina. el motor molecular responsable de la contracción muscular y muchos otros procesos celulares. La pregunta clave que abordaron, uno de los temas más controvertidos en el campo, fue:¿cómo convierte la miosina la energía química, en forma de ATP, en el trabajo mecánico?

La respuesta reveló nuevos detalles sobre cómo la miosina, el motor del músculo y las proteínas motoras relacionadas, transduce energía.

En el final, su investigación sin precedentes, repetidas meticulosamente con diferentes controles y comprobadas dos veces, apoyaron su hipótesis de que los eventos mecánicos de un motor molecular preceden, en lugar de seguir, a los eventos bioquímicos, desafiando directamente la visión de larga data de que los eventos bioquímicos bloquean el evento generador de fuerza. La obra, publicado en el Revista de química biológica , fue seleccionado como Elección del editor por "brindar una contribución excepcional al campo".

Completar experimentos complementarios para examinar la miosina al nivel más diminuto, Los científicos utilizaron una combinación de tecnologías:atrapamiento láser de una sola molécula en UMass Amherst y FRET (transferencia de energía por resonancia de fluorescencia) en Penn State y la Universidad de Minnesota. El equipo estaba dirigido por el biofísico muscular Edward "Ned" Debold, profesor asociado de la Facultad de Salud Pública y Ciencias de la Salud de la UMass Amherst; bioquímico Christopher Yengo, profesor de la Facultad de Medicina de Penn State; y el biofísico muscular David Thomas, profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad de Minnesota.

"Esta fue la primera vez que estas dos técnicas de vanguardia se combinaron para estudiar un motor molecular y responder a una antigua pregunta, "Dice Debold." Conocemos desde hace 50 años el amplio alcance de cómo funcionan cosas como los motores musculares y moleculares, pero no conocíamos los detalles de cómo ocurre eso en el nivel más minucioso, los movimientos a nanoescala. Es como si estuviéramos mirando debajo del capó de un automóvil y examinando cómo funciona el motor. ¿Cómo toma el combustible y lo convierte en trabajo cuando pisa el acelerador? "

Usando su ensayo de trampa láser de molécula única en su laboratorio, Debold y su equipo, incluidos los estudiantes de posgrado Brent Scott y Chris Marang, pudieron observar directamente el tamaño y la velocidad de los movimientos mecánicos a nanoescala de la miosina mientras interactuaba con un solo filamento de actina, su socio molecular en la generación de fuerza. Observaron que el paso generador de fuerza, o golpe de poder, sucedió extremadamente rápido, casi tan pronto como se unió al filamento de actina.

En experimentos paralelos utilizando ensayos FRET, El equipo de Yengo confirmó esta tasa rápida de golpe de poder y con estudios adicionales demostró que los pasos bioquímicos clave ocurrieron posteriormente y mucho más lentamente. Un análisis más detallado reveló por primera vez cómo estos eventos podrían ser coordinados por los movimientos intramoleculares en el interior de la molécula de miosina.

"Chris Yengo recopiló sus datos por separado de los míos y combinamos e integramos los resultados, "Dice Debold." Podía ver cosas que él no podía, y pudo ver cosas que yo no pude, y en combinación pudimos revelar nuevos conocimientos sobre cómo un motor molecular transduce energía. Estaba claro que la mecánica sucedió primero, seguida de los eventos bioquímicos ".

Destacar la importancia de examinar la transducción de energía a nivel de nanoescala tiene implicaciones muy amplias, Debold explica. "No se trata solo de cómo funcionan los músculos, ", dice." También es una ventana a cuántas enzimas motoras dentro de nuestras células transducen energía, desde los que impulsan la contracción muscular hasta los que hacen que una célula se divida ".

El conocimiento detallado sobre ese proceso podría ayudar a los científicos a desarrollar algún día tratamientos para afecciones como la insuficiencia cardíaca, cáncer y más. "Si comprende cómo funciona el motor molecular, podría usar esa información para mejorar la función cuando se vea comprometida, como en el caso de la insuficiencia cardíaca, "Dice Debold". O si desea evitar que una célula tumoral se divida, podría utilizar esta información para evitar la generación de fuerza. Saber exactamente cómo se produce la generación de fuerza podría ser muy útil para alguien que intente desarrollar un fármaco para inhibir un motor molecular durante la división celular. y finalmente cáncer ".