0:00:00.390,0:00:03.370
W tym filmiku chciałbym pokazać Wam,

0:00:03.370,0:00:07.960
w jaki sposób dwa białka mogą oddziaływać ze sobą

0:00:07.960,0:00:12.210
przy udziale ATP, żeby wywołać ruch.

0:00:12.210,0:00:15.320
Ten mechanizm wykorzystywany jest

0:00:15.320,0:00:17.570
nie tylko w komórkach mięśni, ale omówię go na tym właśnie przykładzie,

0:00:17.570,0:00:20.025
ponieważ będzie to jednocześnie pierwszy filmik o pracy mięśni.

0:00:20.025,0:00:23.310
Później wyjaśnię Wam, w jaki sposób impulsy nerwowe

0:00:23.310,0:00:24.080
wywołują ruch mięśni.

0:00:24.080,0:00:26.580
Zrobię to w oparciu o ten filmik.

0:00:26.580,0:00:30.000
Skopiowałem tutaj rysunki dwóch

0:00:30.000,0:00:31.480
białek z Wikipedii.

0:00:31.480,0:00:34.470
To jest miozyna,

0:00:34.470,0:00:37.110
konkretnie miozyna II,

0:00:37.110,0:00:39.410
ponieważ mamy tu dwie cząsteczki miozyny (właściwie dwa łańcuchy ciężkie

0:00:39.410,0:00:42.150
i cztery łańcuchy lekkie) splecione ze sobą w tę złożoną strukturę

0:00:42.150,0:00:46.040
białka o charakterze enzymatycznym (ATPaza).

0:00:46.696,0:00:48.430
Skąd ten charakter? Miozyna prowadzi do

0:00:48.430,0:00:53.030
rozpadu cząsteczki ATP na ADP i grupę fosforanową.

0:00:53.030,0:00:55.460
Dlatego możemy ją nazywać ATPazą.

0:00:55.460,0:00:59.150
Należy do jednej z podgrup ATPaz.

0:00:59.150,0:01:02.530
Tutaj mamy aktynę.

0:01:02.530,0:01:06.850
Pokażę Wam w tym filmiku, w jaki sposób

0:01:06.850,0:01:10.920
miozyna wykorzystuje ATP, żeby poruszać się po aktynie.

0:01:10.920,0:01:13.830
Możecie wyobrazić sobie aktynę jako linę, po której wspina się cząsteczka miozyny.

0:01:13.830,0:01:15.790
Ten proces jest źródłem energii mechanicznej i wywołuje ruch.

0:01:15.790,0:01:16.490
Zaraz to narysuję.

0:01:16.490,0:01:19.240
Narysuję to na cząsteczce aktyny.

0:01:19.240,0:01:23.280
Mamy tutaj jedną z główek miozyny.

0:01:23.280,0:01:25.740
Mam na myśli jedna z dwóch główek miozyny

0:01:25.740,0:01:29.140
na tym rysunku. Główki łączą się ze sobą,

0:01:29.140,0:01:30.060
a każda z nich jest skręcona.

0:01:30.060,0:01:32.630
To jest druga główka miozyny, skręcona nieco inaczej.

0:01:32.630,0:01:33.900
Zajmijmy się teraz tylko jedną

0:01:33.900,0:01:35.730
z główek miozyny.

0:01:35.730,0:01:37.050
Przyjmijmy, że jest w tej pozycji.

0:01:37.050,0:01:39.450
Zobaczymy, czy to dobrze narysuję.

0:01:39.450,0:01:44.370
Załóżmy, że zaczynamy z główką miozyny w takiej pozycji.

0:01:44.370,0:01:48.650
Tutaj mamy pozwijany ogon tego białka,

0:01:48.650,0:01:50.480
który przyłącza je do innych jednostek strukturalnych,

0:01:50.480,0:01:53.580
o których jeszcze powiem dokładniej. Na razie główka miozyny

0:01:53.580,0:01:56.490
jest w tej pozycji i nic się nie dzieje.

0:01:56.490,0:02:01.990
Teraz pojawia się cząsteczka ATP, która przyłącza się do główki miozyny,

0:02:01.990,0:02:05.940
czyli do białka enzymatycznego o charakterze ATPazy.

0:02:05.940,0:02:09.210
Narysuję trochę ATP.

0:02:09.210,0:02:12.820
Pojawia się ATP i przyłącza do tej główki miozyny.

0:02:12.820,0:02:14.850
Cząsteczka ATP nie jest taka duża

0:02:14.850,0:02:16.940
w porównaniu z białkiem, to tylko

0:02:16.940,0:02:18.240
schematyczny rysunek.

0:02:18.240,0:02:24.120
Kiedy ATP przyłączy się do właściwego miejsca

0:02:24.120,0:02:28.400
na główce tego białka enzymatycznego, główka odrywa się od aktyny.

0:02:28.400,0:02:31.520
Zapiszę to.

0:02:31.520,0:02:44.560
Cząsteczka ATP przyłącza się do główki miozyny,

0:02:44.560,0:02:58.390
co powoduje odłączenie się miozyny od aktyny.

0:02:58.390,0:02:59.720
To pierwszy etap procesu.

0:02:59.720,0:03:03.050
Zaczęliśmy z główką miozyny dotykająca do aktyny,

0:03:03.050,0:03:05.570
pojawiło się ATP i główka miozyny została uwolniona.

0:03:05.570,0:03:09.570
Następny etap - po pierwszym etapie - będzie wyglądał

0:03:09.570,0:03:10.815
mniej więcej tak - staram się narysować

0:03:10.815,0:03:11.990
miozynę w tym samym miejscu.

0:03:11.990,0:03:13.300
Po pierwszym etapie główka miozyny

0:03:13.300,0:03:14.810
położona jest w ten sposób.

0:03:14.810,0:03:16.060
Główka uwolniła się.

0:03:16.060,0:03:19.910
Zamaluje ją na biało.

0:03:19.910,0:03:25.160
Teraz wygląda w ten sposób. Cząsteczka ATP

0:03:25.160,0:03:26.870
jest ciągle przyłączona do główki.

0:03:26.870,0:03:28.970
Wiem, że to może być skomplikowane, kiedy rysuję jedną

0:03:28.970,0:03:30.450
rzecz na drugiej, ale mamy tutaj

0:03:30.450,0:03:31.610
przyłączone ATP.

0:03:31.610,0:03:35.320
Następny etap to hydroliza ATP. Reszta fosforanowa

0:03:35.320,0:03:36.430
zostaje odłączona.

0:03:36.430,0:03:39.330
Miozyna należy do ATPaz, więc hydroliza

0:03:39.330,0:03:40.320
jest tym, czym się zajmuje.

0:03:40.320,0:03:41.570
Zapiszę to.

0:03:41.570,0:03:54.250
Etap drugi - ATP rozpada się na ADP i resztę fosforanową.

0:03:54.250,0:03:58.670
Ta reakcja zapewnia energię, która umożliwia przejście

0:03:58.670,0:04:03.030
miozyny w rodzaj stanu wzbudzenia.

0:04:03.030,0:04:05.370
Narysuję drugi etap.

0:04:05.370,0:04:08.310
ATP ulega hydrolizie,

0:04:08.310,0:04:09.250
co prowadzi do uwolnienia energii.

0:04:09.250,0:04:13.500
ATP to w końcu waluta energetyczna

0:04:13.500,0:04:17.290
układów biologicznych. Zostaje uwolniona energia.

0:04:17.290,0:04:19.579
Zaznaczam to jako iskierkę albo wybuch,

0:04:19.579,0:04:23.010
ale możecie sobie wyobrazić, że ta energia zmienia strukturę --

0:04:23.010,0:04:26.540
energia skłania miozynę do przejścia w stan,

0:04:26.540,0:04:29.750
który umożliwi jej "kroczenie" po aktynie.

0:04:29.750,0:04:36.500
W etapie drugim dopisuję uwolniona energię.

0:04:36.500,0:04:44.500
Możemy powiedzieć, że ta energia "naciąga spust" miozyny,

0:04:44.500,0:04:47.410
wzbudza to białko enzymatyczne.

0:04:47.410,0:04:50.940
Możecie sobie wyobrazić, że dzięki tej energii miozyna naciąga się jak sprężyna.

0:04:50.940,0:04:57.650
Skręca ją do wysokoenergetycznej konformacji,

0:04:57.650,0:05:01.820
czyli struktury, kształtu białka.

0:05:01.820,0:05:05.970
Etap drugi -- reszta fosforanowa odłącza się

0:05:05.970,0:05:08.830
od cząsteczki ATP, powstaje cząsteczka ADP,

0:05:08.830,0:05:09.950
a reszta fosforanowa ciągle przyłączona jest do główki miozyny.

0:05:09.950,0:05:12.770
Powstaje ADP i uwalnia się energia, która

0:05:12.770,0:05:16.420
zmienia konformację, czyli przestrzenna strukturę białka,

0:05:16.420,0:05:19.230
które zajmuje taką pozycję.

0:05:19.230,0:05:23.545
W ten sposób wyglądało to na końcu drugiego etapu.

0:05:23.545,0:05:27.490
Postaram się narysować to poprawnie.

0:05:27.490,0:05:29.130
Na końcu drugiego etapu

0:05:29.130,0:05:30.380
mogło to wyglądać tak.

0:05:30.380,0:05:36.860
Staram się, jak mogę.

0:05:36.860,0:05:39.930
Na końcu drugiego etapu, miozyna

0:05:39.930,0:05:40.560
wyglądała w ten sposób.

0:05:40.560,0:05:42.260
To jej naciągnięta pozycja.

0:05:42.260,0:05:43.670
Miozyna ma teraz dużo energii.

0:05:43.670,0:05:46.620
Jest naciągnięta w tej pozycji

0:05:46.620,0:05:49.500
i ciągle ma przyłączoną cząsteczkę ADP.

0:05:49.500,0:05:52.810
Tutaj mamy naszą adenozynę

0:05:52.810,0:05:56.780
z przyłączonymi dwiema resztami fosforanowymi, czyli ADP.

0:05:56.780,0:06:00.560
Mamy też ciągle wolną resztę fosforanową.

0:06:00.560,0:06:04.490
Kiedy ta reszta fosforanowa uwalnia się --zapiszę to

0:06:04.490,0:06:06.040
jako etap trzeci.

0:06:06.040,0:06:08.380
Kiedy zaczynaliśmy, to główka miozyny siedziała tutaj.

0:06:08.380,0:06:12.190
W pierwszym etapie do główki wiąże się ATP -- właściwie

0:06:12.190,0:06:16.440
pod koniec pierwszego etapu. To powoduje uwolnienie

0:06:16.440,0:06:17.880
główki miozyny.

0:06:17.880,0:06:22.060
Potem mamy drugi etap,

0:06:22.060,0:06:25.470
podczas którego ATP hydrolizuje na ADP i resztę fosforanową.

0:06:25.470,0:06:29.850
To powoduje uwolnienie energii, która pozwala

0:06:29.850,0:06:33.230
na zmianę konformacji miozyny i prowadzi do

0:06:33.230,0:06:37.620
jej naciągnięcia i przyłączenia do kolejnego

0:06:37.620,0:06:39.480
szczebelka filamentu (włókna) aktynowego.

0:06:39.480,0:06:42.965
Teraz miozyna ma wysokoenergetyczną konformację.

0:06:42.965,0:06:47.160
Zapiszę to.

0:06:47.160,0:06:49.700
W etapie trzecim reszta fosforanowa odłącza się.

0:06:49.700,0:06:57.750
Odłącza się od miozyny.

0:06:57.750,0:07:01.980
Reszta fosforanowa odłącza się od główki miozyny.

0:07:01.980,0:07:03.170
To etap trzeci.

0:07:03.170,0:07:05.260
Reszta fosforanowa zostaje odłączona.

0:07:05.260,0:07:08.320
A to powoduje uwolnienie energii naciągniętej główki

0:07:08.320,0:07:14.150
miozyny, która popycha

0:07:14.150,0:07:16.290
włókno aktyny.

0:07:16.290,0:07:18.730
To trochę jak praca tłoków w silniku.

0:07:18.730,0:07:21.070
To właśnie zmiana położenia główki miozyny powoduje ruch.

0:07:21.070,0:07:23.390
Kiedy reszta fosforanowa odłącza się od główki miozyny --

0:07:23.390,0:07:25.470
wcześniej odłącza się

0:07:25.470,0:07:27.430
podczas hydrolizy ATP, co wyzwala energię

0:07:27.430,0:07:30.030
i naciąga główkę miozyny.

0:07:30.030,0:07:32.925
Kiedy reszta fosforanowa odłącza się od główki miozyny, naciągnięcie puszcza.

0:07:32.925,0:07:41.090
Naciągnięcie puszcza.

0:07:41.090,0:07:43.430
Wracająca do poprzedniej pozycji główka miozyny popycha włókno aktyny.

0:07:43.430,0:07:49.930
Popycha włókno aktyny.

0:07:49.930,0:07:51.720
Analogicznie do tłoków w silniku.

0:07:51.720,0:07:53.750
W ten sposób powstaje energia mechaniczna.

0:07:53.750,0:07:56.130
Zależnie od tego, które z białek uważamy za nieruchome --

0:07:56.130,0:07:58.930
jeśli aktyna pozostaje nieruchoma, to miozyna i wszystko, co jest do niej przyłączone,

0:07:58.930,0:08:00.360
porusza się po aktynie w lewo.

0:08:00.360,0:08:04.530
Jeśli to miozyna jest nieruchoma, to aktyna i wszystko,

0:08:04.530,0:08:07.190
co jest z nią związane, będzie poruszać się

0:08:07.190,0:08:07.900
w prawo.

0:08:07.900,0:08:09.540
To właśnie podstawa

0:08:09.540,0:08:10.950
skurczu mięśni.

0:08:10.950,0:08:16.295
W etapie czwartym dochodzi do uwolnienia ADP.

0:08:16.295,0:08:21.170
Odłączenie ADP.

0:08:21.170,0:08:25.960
Główka miozyny jest teraz w takiej pozycji jak na początku etapu pierwszego,

0:08:25.960,0:08:29.260
ale przesunęła się o jeden szczebelek w lewo wzdłuż

0:08:29.260,0:08:31.890
filamentu aktyny.

0:08:31.890,0:08:33.530
Według mnie to zdumiewające.

0:08:33.530,0:08:38.000
Możemy zobaczyć w jaki sposób energia ATP jest wykorzystywana --

0:08:38.000,0:08:47.570
Widzimy przejście od energii chemicznej wiązań ATP

0:08:47.570,0:08:48.820
do energii mechanicznej.

0:08:48.820,0:08:53.060
Do energii mechanicznej.

0:08:53.060,0:08:55.080
Dla mnie to niezwykłe, bo kiedy pierwszy raz uczyłem się

0:08:55.080,0:08:58.640
o ATP -- mówiło się, że ATP jest wykorzystywane do wszystkich procesów

0:08:58.640,0:08:59.650
w komórce i do skurczu mięśni.

0:08:59.650,0:09:02.350
Ale jak przejść od energii wiązań chemicznych

0:09:02.350,0:09:04.850
do rzeczywistego kurczenia się mięśni? Do tego,

0:09:04.850,0:09:07.010
co obserwujemy codziennie jako energię mechaniczną?

0:09:07.010,0:09:09.390
Wszystko to dzieje się tutaj.

0:09:09.390,0:09:12.140
To jest właśnie proces, który tu zachodzi.

0:09:12.140,0:09:14.110
Zastanawiacie się pewnie, w jaki sposób miozyna

0:09:14.110,0:09:15.290
zmienia swój kształt?

0:09:15.290,0:09:17.320
Pamiętajcie, że białka mogą zmieniać swój kształt

0:09:17.320,0:09:19.240
w zależności od tego, jakie inne związki

0:09:19.240,0:09:20.260
są do nich przyłączone.

0:09:20.260,0:09:23.810
Niektóre struktury - konformacje białek- są bardziej energetyczne

0:09:23.810,0:09:26.610
niż inne, a ich energia może zostać uwolniona

0:09:26.610,0:09:29.440
i doprowadzić do przepchnięcia innego białka.

0:09:29.440,0:09:30.920
I to właśnie uważam za fascynujące.

0:09:30.920,0:09:34.100
Na podstawie zależności między aktyną i miozyną

0:09:34.100,0:09:37.930
będziemy mogli zrozumieć, jak pracują nasze mięśnie.