分子电机

介绍［|］

您是否知道我们的身体内部是携带货物的小型生物电机？这些电机有助于将重要的物品搬进我们的细胞内。电机沿着我们细胞内部的轨道移动，轨道从细胞的中心开始并向外增长。生物电机沿着他们到达他们需要走的地方。它们对我们的细胞分裂至关重要，并通过移动我们的细胞内部来帮助将细胞保持良好的工作状态。值得注意的是，在我们的基本生化机制中产生收缩的生物化学机制[1]

图1：Kinesin蛋白质“走路”的动画

这些迷人的分子马达被称为马达蛋白。这些蛋白质结合到极化的细胞骨架丝，并利用从重复循环中获得的能量［2］

基础知识［|］

运动蛋白利用ATP水解的能量沿着微管或肌动蛋白丝移动。它们调节纤维丝之间的相对滑动和膜包裹的细胞器沿纤维轨迹的运输。

1. 所有已知的肌动蛋白长丝移动的电动机蛋白质是肌球蛋白超家族的成员。
2. 在微管上运动的运动蛋白要么属于运动蛋白超家族，要么属于动力蛋白家族。

图2.：真核细胞骨架的组分。肌动蛋白细丝以红色显示，微管呈绿色，核是蓝色的。膀胱骨架提供具有内框架的细胞，使其能够移动和改变形状。

肌凝蛋白和驱动蛋白超家族是多种多样的，大约有40个基因编码人类的每一种蛋白质。每个超家族中所有成员共享的唯一结构元素是发动机“头”域。这些头可以附着在各种各样的“尾巴”上，“尾巴”附着在不同类型的货物上，使不同的家庭成员在细胞中执行不同的功能。尽管肌凝蛋白和动力蛋白沿着不同的路径行走，通过ATP水解产生力和运动，使用不同的机制，但它们有一个共同的结构核心，这表明它们源自一个共同的祖先^［2］．

核心细胞中的两种专业运动结构包括高度有序的电动机蛋白阵列，可在稳定的灯丝轨道上移动。Sarcomere的肌苷 - 肌动蛋白系统能力为各种类型的肌肉收缩，包括骨骼，光滑和心肌。Axoneme的Dynein-MicroTubule系统为纤毛的殴打和鞭毛的起伏。

以下是我们身体中的分子马达的实例。

肌肉收缩［|］

跑、走、游都依赖于骨骼肌在其脚手架上的快速收缩［2］．

有丝分裂［|］

当细胞分裂时，它们需要分子马达。在一个被称为菌丝分裂的过程中，它们需要复制原始分裂细胞中所有的东西。

• 分子运动蛋白的驱动蛋白和动力蛋白超家族在有丝分裂的功能显微解剖学中扮演重要角色。它们为纺锤体装配和功能的各个方面提供动力，包括建立纺锤体双极性、纺锤体极组织、染色体排列和分离、调节微管动力学和细胞分裂^［3］．
• 微管轨道在电池的中心开始，并在两个相反的方向上搬出，并将同一货物加到每个新细胞。电动机将在复制后携带如DNA的东西，以在荨麻疹过程中产生的新细胞。

纤毛和鞭毛［|］

纤毛和鞭毛是触角状的结构，从我们身体的大多数细胞中突出，包含许多微管。它们在哺乳动物的许多组织和器官中有不同的作用，如细胞迁移和产生外部液体流动。这些角色都依赖于分子马达。

• 纤毛和鞭毛运动是由轴突动力蛋白马达的MT滑动产生的。^［４］
• 鞭毛的一个例子是精子尾巴，这对于男性生育能力至关重要，因此对于性繁殖是必不可少的。在精子尾部或鞭毛中发现了微管的最专用功能之一。鞭毛必须以非常精确和协调的方式击败，以便允许精子的渐进游泳。未能这样做会导致男性不孕症^［5］．

轴突运输［|］

细胞骨架丝和运动蛋白都是必需的[6]．

图片：沿着微管携带货物的Dynein的程式化描述

故障［|］

所有复杂的生物都是分子马达，在细胞内移动物质，并帮助细胞从一个地方移动到另一个地方。分子马达缺陷在人类和动物的各种疾病中发挥作用，包括:

• 视网膜炎粒子（引起盲目）;多囊肾;脑发展缺陷;神经变性疾病（例如[7]．

参考［|］