Выпуски

 / 

2026

 / 

август

  

Обзоры актуальных проблем


Микротрубочки — простейший биомеханический двигатель для расхождения хромосом при делении клетки

  а,   а, §  а, б,  а, в
а Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН, ул. Косыгина 4, Москва, 119991, Российская Федерация
б Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, Ленинские горы 1 стр. 2, Москва, 119991, Российская Федерация
в Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет), Институтский пер. 9, Долгопрудный, Московская обл., 141700, Российская Федерация

Человечество изобрело множество устройств для совершения разнообразных движений и механической работы. Все эти устройства являются макрообъектами. Удивительно, но все механические двигатели в живой природе имеют молекулярные размеры, не более 100 нм. Даже когда нужно двигать слона или кита, Природа собирает комплексы из миллиардов таких моторов, вместо того чтобы сделать один большой двигатель. Мы пока не очень понимаем достоинства такого подхода, но один аспект очевиден. Молекулярные моторы используют химическую энергию для совершения механической работы, но при этом всё происходит без использования высоких температур или давлений. При этом КПД этих двигателей часто сильно превышает КПД двигателя внутреннего сгорания. Поэтому крайне интересно понимать, как работают молекулярные моторы и как они эволюционировали. Одним из наиболее примитивных молекулярных устройств, способных перемещать молекулярные объекты, являются микротрубочки. Микротрубочки — это вездесущие полимеры цитоскелета клетки, необходимые для обеспечения формы и структуры клетки, её жизнеспособности и полноценного функционирования. Помимо структурных функций, они обеспечивают движение хромосом при делении клетки — процесс, на котором зиждется вся жизнь. В динамике микротрубочек есть биохимическая стадия, в которой расщепляется макроэргическая молекула ГТФ, и выделяющаяся при этом энергия запасается микротрубочкой в виде напряжённой конформации. Относительно недавно стало окончательно ясно, что эта запасённая в конформации энергия может использоваться клеткой для совершения работы по разделению и переносу сестринских хромосом в противоположные концы клетки в процессе клеточного деления. Похоже, что это наиболее древний молекулярный механохимический движитель в клетке.

Текст pdf (1,7 Мб)
Адреса для корреспонденции:
Ключевые слова: микротрубочка, генерация силы, механохимический двигатель, оптическая ловушка, деление клеток
PACS: 87.16.Ka, 87.16.Wd, 87.17.Ee (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2025.12.040069
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2026/8/b/
Цитата: Гончар И В, Тимошин Г С, Гудимчук Н Б, Атауллаханов Ф И "Микротрубочки — простейший биомеханический двигатель для расхождения хромосом при делении клетки" УФН 196 829–841 (2026)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

поступила: 3 ноября 2025, 8 декабря 2025

English citation: Gonchar I V, Timoshin G S, Gudimchuk N B, Ataullakhanov F I “Microtubules are the simplest biomechanical engine that drives chromosome separation during cell divisionPhys. Usp. 69 (8) (2026); DOI: 10.3367/UFNe.2025.12.040069

Список литературы (70) ↓ Похожие статьи (20)

  1. Блюменфельд Л А Решаемые и нерешаемые проблемы биологической физики (М.: URSS, 2002)
  2. Reck-Peterson S L et al Nature Rev. Mol. Cell Biol. 19 382 (2018)
  3. Yildiz A Nature Rev. Mol. Cell Biol. 26 86 (2025)
  4. Titus M A Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 10 (3) a021972 (2018)
  5. Clapier C R et al Nature Rev. Mol. Cell Biol. 18 407 (2017)
  6. Bourgeois C F, Mortreux F, Auboeuf D Nature Rev. Mol. Cell Biol. 17 426 (2016)
  7. Murrell M et al Nature Rev. Mol. Cell Biol. 16 486 (2015)
  8. Sweeney H L, Holzbaur E L F Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 10 (5) a021931 (2018)
  9. Романовский Ю М, Тихонов А Н УФН 180 931 (2010); Romanovsky Yu M, Tikhonov A N Phys. Usp. 53 893 (2010)
  10. Захаров П Н и др УФН 186 853 (2016); Zakharov P N et al Phys. Usp. 59 773 (2016)
  11. Alberts B et al Molecular Biology of the Cell 7th ed., Intern. Student Ed. (New York: W.W. Norton and Co., 2022)
  12. Gudimchuk N B, McIntosh J R Nature Rev. Mol. Cell Biol. 22 777 (2021)
  13. Gard D L, Kirschner M W J. Cell Biol. 105 2203 (1987)
  14. Traut T W Mol. Cell. Biochem. 140 (1) 1 (1994)
  15. Romani A, Scarpa A Arch. Biochem. Biophys. 298 (1) 1 (1992)
  16. Desai A, Mitchison T J Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 13 (1) 83 (1997)
  17. Gudimchuk N B, Alexandrova V V Biophys. Rev. 15 1095 (2023)
  18. Nogales E et al Nature Struct. Biol. 5 451 (1998)
  19. Beckett D, Voth G A Proc. Natl. Acad. Sci. USA 120 e2305899120 (2023)
  20. Carlier M F, Pantaloni D Biochemistry 20 1918 (1981)
  21. Maccioni R, Seeds N W Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74 462 (1977)
  22. Mitchison T, Kirschner M Nature 312 237 (1984)
  23. Nogales E Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 30 397 (2001)
  24. Mandelkow E M, Mandelkow E, Milligan R A J. Cell Biol. 114 977 (1991)
  25. Duellberg C et al eLife 5 e13470 (2016)
  26. Hyman A A et al Mol. Biol. Cell. 3 1155 (1992)
  27. Bowne-Anderson H et al BioEssays 35 452 (2013)
  28. Gardner M K et al Cell 147 1092 (2011)
  29. Coombes C E et al Curr. Biol. 23 1342 (2013)
  30. Alexandrova V V et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 119 e2208294119 (2022)
  31. Farmer V J, Zanic M BioEssays 45 2200081 (2023)
  32. Nicklas R B J. Cell. Biol. 97 542 (1983)
  33. Grishchuk E L et al Nature 438 384 (2005)
  34. Grishchuk E L, Ataullakhanov F I Meth. Cell. Biol. 95 657 (2010)
  35. Molodtsov M I et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 4353 (2005)
  36. Grishchuk E L et al Comprehensive Biophysics Vol. 4 (Ed. E Egelman) (New York: Elsevier, 2012) p. 93-117
  37. Grishchuk E L et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 15423 (2008)
  38. O'Brien E T et al Biochemistry 29 6648 (1990)
  39. Rieder C L, Salmon E D Trends Cell Biol. 8 (8) 310 (1998)
  40. Hill T L Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82 4404 (1985)
  41. Wollman R et al Curr. Biol. 15 828 (2005)
  42. Joglekar A P, Hunt A J Biophys. J. 83 (1) 42 (2002)
  43. Höög J L et al J. Cell Sci. 124 693 (2011)
  44. McIntosh J R et al J. Cell Biol. 217 2691 (2018)
  45. Gudimchuk N B et al Nature Commun. 11 3765 (2020)
  46. Iyer S S et al J. Cell Biol. 224 e202406061 (2025)
  47. Westermann S et al Mol. Cell 17 (2) 277 (2005)
  48. Miranda J L et al Nature Struct. Mol. Biol. 12 (2) 138 (2005)
  49. Koshland D E, Mitchison T J, Kirschner M W Nature 331 499 (1988)
  50. Kirschner M W, Honig L S, Williams R C J. Mol. Biol. 99 263 (1975)
  51. Miranda J L, King D S, Harrison S C Mol. Biol. Cell 18 2503 (2007)
  52. Efremov A el al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104 19017 (2007)
  53. Wang H-W et al Nature Struct. Mol. Biol. 14 721 (2007)
  54. Gestaut D R et al Nature Cell Biol. 10 407 (2008)
  55. Grishchuk E L et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 6918 (2008)
  56. Westermann S et al Nature 440 565 (2006)
  57. McIntosh J R et al J. Cell Biol. 200 459 (2013)
  58. McIntosh J R et al Cell 135 (2) 322 (2008)
  59. Volkov V A et al J. Cell Biol. 209 813 (2015)
  60. Putkey F R et al Developmental Cell 3 351 (2002)
  61. Gudimchuk N et al Nature Cell Biol. 15 1079 (2013)
  62. Ustinov N B, Korshunova A V, Gudimchuk N B Biochemistry Moscow 85 448 (2020)
  63. Wei R R, Sorger P K, Harrison S C Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 5363 (2005)
  64. Welburn J P I, Cheeseman I M Developmental Cell 15 645 (2008)
  65. Powers A F et al Cell 136 865 (2009)
  66. Volkov V A et al eLife 36764 (2018)
  67. Jenni S, Harrison S C Science 360 552 (2018)
  68. Tien J F et al J. Cell Biol. 189 713 (2010)
  69. Lampert F, Hornung P, Westermann S J. Cell Biol. 189 641 (2010)
  70. Demidov V M et al Sci. Adv. 11 eadx0005 (2025)

© Успехи физических наук, 1918–2026
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение