驱动蛋白颈链对接机制的研究进展

驱动蛋白能够携带"货物"沿微管高速连续行走,在行走过程中,将ATP结合与水解释放的化学能转化为机械能。驱动蛋白的由十几个氨基酸组成的颈链周期性地与驱动蛋白头部对接和分离是其行走的关键步骤,也是驱动蛋白发力做功的关键环节。现结合本课题组最新的研究结果,对驱动蛋白颈链3个部分不同的对接机制的研究进展进行综述。驱动蛋白颈链对接机制的阐明,加深了人们对于驱动蛋白沿微管行走机制的理解,同时也为其他分子马达工作机理的研究提供了参考。     

驱动蛋白的能量转换过程——从ATP分子结合到颈链对接

驱动蛋白是一种分子马达,同时也是一种核苷酸酶,它能够将ATP分子所携带的化学能转化为其沿微管蛋白行走的机械能,每消耗一个ATP分子行走一步。对于驱动蛋白如何将ATP的化学能转化为构象变化的机械能的研究一直是生物物理学研究的热点问题。本文从3个方面对此问题的研究进展进行了综述:ATP分子与驱动蛋白结合; ATP结合引起驱动蛋白头部产生转动;驱动蛋白头部转动引起驱动蛋白颈链向头部的对接。将这三个方面的内容合并起来就构成了驱动蛋白的能量传递路径。     

分子马达KIF1A的研究进展

驱动蛋白家族成员1A(kinesin family member 1A,KIF1A)属于向微管正向端移动的驱动蛋白第三家族,它能够利用三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)水解释放的能量实现沿微管定向运动。KIF1A是轴突末端的突触囊泡体沿微管输运的重要载体,其马达结构域的突变将导致多种与神经有关的疾病和缺陷。文中主要综述了近年来KIF1A有关的生命过程和疾病的研究进展,介绍了KIF1A催化ATP水解反应的各中间态结构,同时基于这些结构信息,阐述了KIF1A的运动形式、核苷酸轮换机制和运动机理,并对今后的研究前景进行了展望,旨为KIF1A相关研究提供思路。     

驱动蛋白的颈链结构与功能关系

驱动蛋白的颈链是驱动蛋白力产生的关键元件。颈链与驱动蛋白马达结构域的对接过程为驱动蛋白沿着微管的向前运动提供了驱动力。驱动蛋白的颈链由14~18个氨基酸组成,它连接着马达结构域和由缠绕螺旋组成的茎部。颈链与驱动蛋白马达结构域的对接过程是通过多种弱键相互作用实现的,这些弱键相互作用多数都直接或间接与水分子有关。颈链及其相关区域的极为巧妙的氨基酸结构使得这些弱键能够在细胞环境下有效地发挥作用。对颈链的结构与功能关系的认识大大提高了我们对驱动蛋白运动机制的理解。     

植物驱动蛋白:从微管阵列到生理活动调控

驱动蛋白(kinesin)是以微管为轨道的分子马达,其催化ATP水解为ADP,将贮藏在ATP分子中的化学能高效地转化为机械能,在细胞形态建成、细胞分裂、细胞运动、胞内物质运输和信号转导等多种生命活动中发挥重要作用。对植物驱动蛋白的研究落后于动物和真菌,其原因不仅由于植物进化出独有的驱动蛋白家族,而且其家族成员数量远多于动物驱动蛋白。该文主要总结了驱动蛋白在微管阵列动态组织,包括周质微管和有丝分裂早前期微管带、纺锤体及成膜体中的角色和功能,以及其对植物生理活动的调控作用。同时对重要经济作物大豆(Glycine max)中的驱动蛋白进行了系统分析、分类及功能预测,发现大豆驱动蛋白数量庞大。结合公共数据库中大豆转录组数据,对部分大豆驱动蛋白进行功能预测,以期对大豆及其它作物驱动蛋白功能研究提供线索和启示。     

驱动蛋白结构与运动机制

驱动蛋白是一类能够利用ATP水解释放的化学能驱动其所携带的“货物”分子沿着微管（microtubule,MT）定向运动的分子马达,在细胞器运输、有丝分裂、轴突运输等方面有着重要的生理作用。随着驱动蛋白结合ADP、ATP和未结合核苷酸（APO）三种特征状态的晶体结构的解析,驱动蛋白构象变化的研究得到了进一步发展,而在力产生机制和运动模型方面仍然存在较大争议。本文以kinesin-1家族为例,分析了驱动蛋白三种特征状态结构的特点、状态结构间的构象转变,论述了驱动蛋白的力产生机制和整个迈步过程。并探讨了驱动蛋白的运动模型,同时采用分子动力学模拟比较了驱动蛋白的两种迈步方式,为深入研究驱动蛋白提供了一定的理论计算。最后,基于本课题组对复杂体系的研究,对驱动蛋白体系的控制机制提出了新的假设,并对未来的研究方向进行了展望。     

“与细胞运动性相关的Nudel／Lisl＼dynein通路功能及调节”研究进展

细胞的运动性与其生命的特征密切相关。胞内物质运输和有丝分裂等重要而复杂的运动过程,与微管及微管依赖性马达蛋白（motor proteins）密切相关。这些马达蛋白犹如沿微管“公路”行驶的汽车,负责产生与细胞运动性相关的推拉力量或把各种货物（cargo）运往各地。马达蛋白主要由两大类组成：胞质dynein驱动向微管负端的运动,而kinesin家族则负责向微管正端的运动。     

"与细胞运动性相关的Nudel\Lis1\dynein通路功能及调节"研究进展

细胞的运动性与其生命的特征密切相关。胞内物质运输和有丝分裂等重要而复杂的运动过程,与微管及微管依赖性马达蛋白(motor proteins)密切相关[1￣3]。这些马达蛋白犹如沿微管“公路”行驶的汽车,负责产生与细胞运动性相关的推拉力量或把各种货物(cargo)运往各地。马达蛋白主要     

鼠脑驱动蛋白ATP水解机制的晶体学分析

鼠脑驱动蛋白是一类利用ATP水解释放的能量在微管系统上高连续性运动的常规驱动蛋白。了解ATP水解的化学能如何转化为机械动能是驱动蛋白研究中的重大课题。为此,鼠脑驱动蛋白单体(rK354)的晶体通过浸泡的方式引入ATP的结构类似物AMPPNP。rK354-AMPPNP复合物和rK354-ADP复合物结构的比较,揭示了开关区域Ⅱ的Glu237起连接ATP的γ-磷酸和驱动蛋白微管结合区的枢纽作用。     

微管解聚型驱动蛋白的结构与功能

Kin-I 驱动蛋白(Kin-I kinesins)是一类重要的微管调节蛋白,具有依赖ATP的微管解聚活性.这类驱动蛋白在神经元的发育、纺锤体的组装和染色体的分离过程中起着重要的作用.自被发现以来的十几年里,人们对Kin-I驱动蛋白做了大量的研究工作.现对Kin-I驱动蛋白的结构、微管解聚活性及生理功能等方面进行简要综述.