4.14: Mechaniczne funkcje białek

Białka pełnią wiele funkcji mechanicznych w komórce. Białka te można podzielić na dwie ogólne kategorie – białka, które generują siły mechaniczne i białka, które są poddawane siłom mechanicznym. Białka zapewniające mechaniczne wsparcie dla struktury komórki, takie jak keratyna, są poddawane działaniu siły mechanicznej, podczas gdy białka biorące udział w ruchu komórki i transporcie cząsteczek przez błony komórkowe, takie jak pompa jonowa, są przykładami generowania siły mechanicznej.

Funkcje takie jak ruch komórek i skurcz mięśni wymagają konwersji energii chemicznej na mechaniczną, zwykle poprzez zmiany konformacyjne. Na przykład hydroliza trifosforanów nukleozydów, takich jak ATP i GTP, może powodować niewielką zmianę konformacyjną, która zostaje wzmocniona do poważnych zmian strukturalnych. Na przykład EF-Tu jest białkiem z trzema odrębnymi domenami, które przenosi cząsteczkę tRNA do rybosomu. Jedna z domen wiąże GTP, a hydroliza GTP do GDP powoduje zmianę konformacyjną w miejscu wiązania nukleotydów z powodu uwolnionego fosforanu nieorganicznego. Powoduje to ruch alfa-helisy, która znajduje się na granicy domen GTP, a pozostałe dwie domeny zmieniają względne położenie domen względem siebie. Pozwala to białku uwolnić tRNA, które jest utrzymywane na granicy faz przez trzy domeny, umożliwiając mu w ten sposób przejście do rybosomu.

Niektóre białka, takie jak aktyna, zapewniają wiele rodzajów funkcji mechanicznych. Na przykład aktyna działa jak ścieżka, po której porusza się mechaniczne białko miozyna. W zależności od rodzaju, miozyna może pełnić różne funkcje, takie jak ciągnięcie włókien aktynowych lub transport przyczepionych organelli wzdłuż włókna. Jako część cytoszkieletu, włókna aktynowe działają jako mechaniczne podparcie struktury komórki. Podczas ruchu komórki włókna te wywierają nacisk na błonę komórkową, powodując tworzenie przez komórkę filopodiów i lamellipodiów, Rozszerzenia błony komórkowej, które umożliwiają komórce migrację do nowej lokalizacji. Naukowcy opracowali techniki, takie jak pęseta optyczna, które mogą mierzyć siłę, jaką aktyna wytwarza podczas deformacji membrany.