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La nascita della teoria del nastro scorrevole: come è stata proposta indipendentemente da due gruppi di scienziati?
La teoria del nastro scorrevole è una teoria importante per spiegare il meccanismo della contrazione muscolare, che si basa sul fatto che le proteine muscolari scivolano l'una sull'altra per produrre movimento. Secondo questa teoria, la miosina (filamenti spessi) in una fibra muscolare scivola oltre l'actina (filamenti sottili) durante la contrazione muscolare, mentre la lunghezza di queste due serie di filamenti rimane relativamente costante. La teoria fu proposta indipendentemente nel 1954 da due team di ricerca, Andrew Huxley e Rolf Niedergelke dell'Università di Cambridge, e Hugh Huxley e Jane Hansen della composizione.
La teoria fu concepita originariamente da Hugh Huxley nel 1953 e proposta da Andrew Huxley e Niedergelke come "un'ipotesi molto attraente".
Prima degli anni '50, esistevano diverse teorie concorrenti per spiegare la contrazione muscolare, tra cui l'attrazione elettrica, il ripiegamento delle proteine e la modificazione delle proteine. La nuova teoria propone un concetto chiamato ponte trasversale (tradizionalmente chiamato ponte trasversale oscillante, ora chiamato principalmente ponte trasversale ad anello), che spiega il meccanismo molecolare dei nastri scorrevoli. La teoria del ponte trasversale afferma che l'actina e la miosina formano un complesso proteico (tradizionalmente chiamato actina-miosina) attaccando la testa della miosina al filamento di actina, in modo che vi sia un incrocio tra i due filamenti. Un ponte trasversale si forma tra di loro.
Contesto storico Ricerca inizialeAll'inizio degli anni '70 dell'Ottocento, lo scienziato tedesco Willy Kuch scoprì per primo la proteina muscolare miosina, che fu estratta e denominata miosina nel 1864. Nel 1939, i coniugi russi Vladimir Alexandrovich Engelhardt e Milisa Nikolaevna Liubinmova scoprirono che la miosina possiede le proprietà di un enzima (chiamato ATPasi), in grado di scomporre l'ATP per rilasciare energia. Dopo che il fisiologo ungherese Albert St. George vinse il premio Nobel nel 1937 per i suoi studi sulla vitamina C e sull'acido maleico, rivolse la sua attenzione alla fisiologia muscolare. Nel 1942 St. George dimostrò che l'ATP è la fonte di energia per la contrazione muscolare e osservò che le fibre muscolari contenenti miosina B si accorciavano in presenza di ATP, mentre la miosina A no, un'esperienza che in seguito descrisse come "Uno dei momenti più emozionanti della la mia vita."
Origine della teoria
Quando Hugh Huxley conseguì il dottorato di ricerca all'Università di Cambridge nel 1952, St George aveva già indirizzato la sua carriera verso la ricerca sul cancro. Nel settembre del 1952 Huxley arrivò al laboratorio di Francis O. Schmidt al MIT e nel gennaio del 1953 fu raggiunto da un'altra ricercatrice post-dottorato britannica, Jane Hansen. Utilizzando la diffrazione dei raggi X, Huxley ipotizzò che le proteine muscolari, in particolare la miosina, formassero nastri strutturati che danno origine ai sarcomeri (un segmento di una fibra muscolare). Il loro obiettivo principale era studiare questi nastri in dettaglio utilizzando la microscopia elettronica. Hanno rapidamente scoperto e confermato la natura nastriforme delle proteine muscolari.
La teoria del nastro scorrevole
La teoria del nastro scorrevole ha origine da due articoli pubblicati sulla rivista Nature il 22 maggio 1954, intitolati "Cambiamenti strutturali nei muscoli durante la contrazione". Sebbene le loro conclusioni siano fondamentalmente simili, i dati sperimentali e le proposte sono diversi.
Il primo articolo, scritto da Andrew Huxley e Rolf Niedergelke insieme, è intitolato "Microscopia interferenziale delle fibre muscolari viventi". Secondo l'articolo, la banda I è composta da filamenti di actina, mentre la banda A è composta principalmente da filamenti di miosina e, durante la contrazione, i filamenti di actina si muovono tra i filamenti di miosina.
Il secondo articolo, scritto da Hugh Huxley e Jane Hansen, è intitolato "Cambiamenti nella striatura trasversale durante la contrazione e l'estensione muscolare e loro interpretazione strutturale". Questo è più dettagliato del primo e si basa su studi sui muscoli dei conigli effettuati utilizzando la microscopia a contrasto di fase e quella elettronica.
Accettazione e conseguenze
Nonostante le forti prove, la teoria del nastro scorrevole non trovò sostegno negli anni successivi. Lo stesso St. George si rifiutava di credere che i filamenti di miosina fossero limitati ai filamenti spessi (bande A). Solo nel 1957 Huxley negli Stati Uniti presentò il nuovo microscopio elettronico che confermò la natura sovrapposta dei nastri.
Fu solo in una conferenza del 1972 al Cold Spring Harbor Laboratory che la teoria e le sue prove ottennero un'accettazione generale. I partecipanti ricordano Hansen che rispondeva alle critiche gridando: "So che non posso spiegare il meccanismo, ma lo scivolamento è un fatto".
Man mano che le prove si accumulavano, Huxley propose formalmente il meccanismo del nastro scorrevole, oggi chiamato anello del ponte trasversale.
Questi studi non solo hanno cambiato il volto della fisiologia muscolare, ma hanno anche portato a future esplorazioni di meccanismi biologici più complessi. Questa teoria rivoluzionaria ci fa chiedere: quanti altri meccanismi biologici non scoperti ci sono, in attesa che persone con grandi ideali li rivelino?
