NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/een-expanderend-gas-van-eiwitten-levert-krachten-in-cellen-nr-110/

Geprint op :
11 december 2018
16:27:17

Een cel heeft krachten nodig om bijvoorbeeld materiaal binnen de cel te verplaatsen of om complexe structuren te bouwen. Cellen beschikken hiervoor over enzymen die kracht uitoefenen wanneer ze van vorm veranderen. Enzymen gebruiken daarvoor chemische energie. Uit het dagelijks leven weten we dat het uitzetten van een gecomprimeerd gas ook kracht oplevert. Dat komt doordat de entropie (wanorde) van de bewegende gasmoleculen wordt verhoogd als ze meer ruimte krijgen. De onderzoekers van dit programma wilden achterhalen of een cel ook deze vorm van krachtengeneratie gebruikt.

Onderzoekers van FOM-instituut AMOLF, Wageningen University en het Max-Planck-Gesellschaft hebben in 2013 voor het eerst laten zien dat eiwitmoleculen die zijn opgesloten tussen lange filamenten gerichte krachten kunnen genereren. Filamenten worden binnen een cel aan elkaar gekoppeld door eiwitlinkers, waardoor  de filamenten netwerken vormen. Deze netwerken geven cellen niet alleen hun vorm, maar verplaatsen bijvoorbeeld ook chromosomen tijdens de celdeling. De eiwitlinkers bewegen wanordelijk tussen de filamenten.

Kracht uit entropie
Door twee met eiwitlinkers gekoppelde filamenten van elkaar af te schuiven, lukte het de onderzoekers een configuratie te creëren waarin de linkers binnen de overlap tussen twee filamenten dicht op elkaar zitten. Nadat de experimentator de kracht die de filamenten uiteenduwde wegnam, bleken de filamenten zich te verplaatsen zodat hun overlap toenam. De linkers verspreiden zich hierbij over de groeiende overlap. De drijvende kracht achter dit fenomeen is de entropie van de moleculen, die toeneemt naarmate de overlap groeit. De zo gegenereerde kracht bleek groot genoeg om de filamentbeweging door motorenzymen om te keren. Het is dus een zeer relevante kracht in cellen.

De onderzoekers stelden een model op om het mechanisme van krachtengeneratie beter te begrijpen. Ze ontdekten dat de krachtengeneratie goed te verklaren is door de overlap te beschouwen als een gesloten ruimte waarin eiwitten als gasmoleculen bewegen. De kracht wordt dan correct voorspeld door een eendimensionale versie van de ideale gaswet. De linkers bewegen tussen filamenten door te springen tussen nabijgelegen bindingsplaatsen.  Door deze beweging te simuleren, was ook de waargenomen bewegingssnelheid van de filamenten te verklaren. De bewegende eiwitten leveren dus krachten analoog aan een cilinder met een gecomprimeerd gas.