驱动蛋白たんぱく

驱动蛋白たんぱく於微ほろ管かん上うえ運動うんどう的てき動畫どうが

微ほろ管かん上うえ的てき驱动蛋白たんぱく

驱动蛋白たんぱく（英語えいご：Kinesin）是ぜ一类蛋白质超级家族，属ぞく于分子ぶんし马达的てき一いち种，其成员代表だいひょう驱动蛋白たんぱく-1（Kinesin-1）在ざい1985年ねん被ひ发现。驱动蛋白たんぱく是ぜ由よし单体组成的てき多た聚体，其“头部”具有ぐゆうATP酶活性かっせい，能のう通どおり过水解かいATP获得能のう量りょう，改あらため变构型がた，进行运动。它和动力蛋白たんぱく一いち样，以微ほろ管かん构成的てき轨道进行滑なめら行ゆき。与あずか可か以朝微ほろ管かん两极运动的てき动力蛋白たんぱく有ゆう些不一いち样，一种驱动蛋白只能朝一个方向运动，如驱动蛋白しろ-1可か以沿着ぎ微ほろ管かん的てき+运动，而另一些驱动蛋白则沿着-极运动，在ざい细胞内ない起おこり运输作用さよう，比ひ如牵拉ひしげ染色せんしょく体たい，参与さんよ有ゆう丝分裂ぶんれつ、减数分裂ぶんれつ和わ细胞迁移过程。

最近さいきん的てき研究けんきゅう又また发现一いち批与驱动蛋白たんぱく-1结构相しょう关的蛋白たんぱく质，它们一起构成驱动蛋白超级家族。这些蛋白たんぱく质存在そんざい于绝大だい多数たすう真ま核かく生物せいぶつ中なか。它们共有きょうゆう一いち保守ほしゅ的てき“马达”域いき，含有がんゆう约350氨基酸さん残ざん基もと，内ない有ゆうATP结合位い点てん和わ微ほろ管かん结合位い点てん。即そく使つかい在ざい植物しょくぶつ中ちゅう，如拟南芥あくた（Arabidopsis thaliana）中ちゅう，目前もくぜん也发现了A，B，C和わD四种类驱动蛋白蛋白。

发现

20世せい纪80年代ねんだい中期ちゅうき，人にん们虽然しか知道ともみち细胞内ない存在そんざい着ぎ分子ぶんし马达，它们是ぜATP酶，靠もたれ着ぎ细胞骨こつ架か（具体ぐたい来らい说是其中的てき微ほろ管かん）在ざい细胞内ない执行者しゃ运输任にん务，但ただし其具体ぐたい结构仍未被ひ确定。驱动蛋白たんぱく的てき同僚どうりょう——动力蛋白たんぱく一直是该角色的主要候选者。一直到了1985年ねん，Lasek, RJ和わBrady, ST则在nature上うえ发表了りょう《AMP-PNP可か以易化か轴浆中ちゅう运输泡あわ对微管かん的てき粘着ねんちゃく》（Attachment of transported vesicles to microtubules in axoplasm is facilitated by AMP-PNP）一文いちぶん，记述了りょう他た们的观察所得しょとく：ATP同型どうけい物ぶつAMP-PNP可か以抑制よくせい轴突里さと的てき快速かいそく运输，同どう时会使し细胞器き与あずか微ほろ管かん连合更さら紧密。这说明あきら了りょうAMP-PNP可か促進そくしん微ほろ管かん——细胞器き——马达分子ぶんし复合体がったい的てき形成けいせい。而这种马达蛋白しろ质，很快就在同年どうねん被ひVale RD, Reese TS等とう人じん确定了りょう。它们在ざい乌贼那な巨きょ型がた的てき神かみ经轴突轴浆中ちゅう发现了りょう一种可溶的蛋白质，可か以使微ほろ管かん在ざい玻璃はり上じょう，乳ちち胶微球だま在ざい微ほろ管かん上じょう和わ轴浆细胞器き在ざい微ほろ管かん上移かみうつし动。而且他た们发现牛的てき脑部有ゆう着ぎ与あずか之これ同どう源みなもと的てき蛋白たんぱく质。这种蛋白たんぱく质在ATP同型どうけい物ぶつ——亚氨二に磷酸盐（imidodiphosphate）的てき存在そんざい下か，显示相当そうとう强的ごうてき微ほろ管かん亲和力りょく。他た们还将はた它从微ほろ观上分ぶん离，与あずかATP混合こんごう放ひ到いた凝しこり胶过滤（gel filtration）柱はしら上じょう，该蛋白しろ质在柱ばしら上じょう移行いこう，并被测重，得とく出で60萬まんatom的てき分子ぶんし量りょう，11到いた12和わ6到いた7萬まんatom的てき多た肽链。这些数すう据すえ有ゆう别于以往いおう动力蛋白たんぱく和わ肌はだ球だま蛋白たんぱく的まと数すう据すえ。因よし此试验人员认为，他た们得到いた了りょう一种新的分子马达，并将之の命名めいめい为驱动蛋白しろ。而分子ぶんし马达的てき大だい热门——动力蛋白たんぱく存在そんざい的てき确凿实验证据则在两年后きさき的てき1987年ねん才ざい发表。

酿酒酵母こうぼ（Saccharomyces cerevisiae）的てき驱动蛋白たんぱく基もと因いん序列じょれつ最初さいしょ是ぜ1992年ねん由ゆかりBeltran,C所しょ发表。而在NCBI上うえ的てき人体じんたい驱动蛋白たんぱく马达域いき的てきmRNA和わ蛋白たんぱく质序列じょれつ则是由ゆかり南京なんきん医科いか大学だいがく在ざい2001年ねん提供ていきょう的てき。接着せっちゃく，2002到いた2003年ねん，富とみ克かつ葡萄ぶどう孢盘菌きん（Botryotinia fuckeliana）、异旋孢腔菌きん（Cochliobolus heterostrophus）和わ玉たま米まい黑くろ粉こ菌きん（Ustilago maydis）驱动蛋白たんぱく马达域いき的てき序列じょれつ也被查明。同どう时，科学かがく家か还在如黑くろ猩猩しょうじょう（Pan troglodytes）体内たいない，预测了りょう蛋白たんぱく质异形体けいたい1和わ2，它们和わ人ひと类的てき驱动蛋白たんぱく显示出で98%的てき同どう源みなもと性せい，而各自演じえん化成かせい為相ためすけ同どう蛋白質たんぱくしつ的てき期き望もち值为0（就是指ゆび，假かり如两个蛋白しろ质独立どくりつ进化，是ぜ没ぼつ有ゆう可能かのう达到如此98%相似そうじ的てき程度ていど的てき）。换句话说，它们是ぜ同どう一套語言設計而成的。

结构

褐家鼠ねずみ（Rattus norvegicus）脑部驱动蛋白たんぱく单体x射い线空间示意い图

驱动蛋白たんぱく是ぜ由よし单体组成的てき聚合体がったい。两条包括ほうかつ催化活性かっせい的てき重じゅう链，而大部分ぶぶん驱动蛋白たんぱく家族かぞく的てき成なり员重链都有ゆう一いち段だんαあるふぁ螺旋らせん，两个单体的てきαあるふぁ螺旋らせん因いん组成卷まき曲きょく螺旋らせん（coiled coil）而紧密みつ结合。另外它们还有两条不ふ具有ぐゆう催化活性かっせい的てき轻链。比ひ如驱动蛋白しろ-1是ぜ一いちalpha2-beta2的てき异四聚体，驱动蛋白たんぱく-5则是同どう四よん聚体，驱动蛋白たんぱく-2则是异三さん聚体。

驱动蛋白たんぱく-1在高ありだか离子强度きょうど环境下か会かい呈てい现其未ひつじ折おり叠状じょう态，沉降系けい数すう为9S。相反あいはん，它会在ざい低てい离子浓度时折叠，沉降系けい数すう变为9S。折おり叠是重じゅう链的头部和わ尾お部ぶ的てき相互そうご间作用よう促成そくせい的てき。这个结论，是ぜ根ね据すえ实验观察得とく出で的てき。无需轻链的てき存在そんざい，单单是ぜ由ゆかり重じゅう链组成なり的てき二聚体也会从5S的てき未み折おり叠状态改变构象ぞう成なり为7S的てき折おり叠状态。细胞却要避免驱动蛋白たんぱく的てき折おり叠，因いん为折叠状态的驱动蛋白たんぱく并不能ふのう快速かいそく行ぎょう进，而且对微管かん的てき亲和力りょく也不高だか。

从扫描电子显微镜观察得とく出で的てき结果，驱动蛋白たんぱく1和わ驱动蛋白たんぱく14（有ゆう被ひ命いのち为Ncd）虽然回かい响着不同ふどう的てき方向ほうこう运动，但ただし是ぜ它们头部与あずか微ほろ观结合あい的てき结构却是相似そうじ的てき。

分ぶん类

根ね据すえ结构特とく征せい，驱动蛋白たんぱく可分かぶん为：

• 氨基端はし驱动蛋白たんぱく(KIN N)：又また称しょう为正极向驱动蛋白たんぱく，驱动蛋白たんぱく从微管かん的てき负极向むかい正ただし极运动
• 羧基端はし驱动蛋白たんぱく(KIN C)：又また称しょう为负极向驱动蛋白たんぱく，驱动蛋白たんぱく从微管かん的てき正せい极向负极运动
• 中ちゅう间驱动蛋白しろ(KIN I) 。不ふ具有ぐゆう马达蛋白たんぱく的てき运输功こう能のう, 而具有ぐゆう解かい聚微管かん的てき功こう能のう

驱动蛋白たんぱく可分かぶん为14个家族かぞく(Kinesin- 1-14)及一类孤儿驱动蛋白。植物しょくぶつ中ちゅう不ふ存在そんざいKinesin-2, 3, 9和わ11家族かぞく，但ただし独どく有ゆう驱动蛋白たんぱくKINU家族かぞく。

驱动蛋白たんぱく-1

驱动蛋白たんぱく的てき运动

驱动蛋白たんぱく-1是ぜ第だい一种被发现的驱动蛋白，存在そんざい于目前まえ已やめ研究けんきゅう的てき所有しょゆう多た细胞生物せいぶつ即そく其所有しょゆう细胞种类之の中なか，并且可か见于细胞生せい长的各かく个阶段だん。大だい部分ぶぶん的てき驱动蛋白たんぱく-1都と游ゆう离于胞质中ちゅう，一些则会连接一些和胞膜相连的细胞器，如小泡あわ，内うち质网，还有内ない质网与あずか高こう尔基体きたい之これ间的膜まく性せい结构。科学かがく家か将はた在ざい试管中ちゅう得え到いた证实的てき抗こう驱动蛋白たんぱく-1抗体こうたい注射ちゅうしゃ入いれ或ある者もの散布さんぷ在ざい细胞上じょう，再さい观察其结果はて，可か见微管かん依よ赖的溶酶体たい，高こう尔基体きたい驱动的てき小しょう泡あわ，与あずか胞膜连接的てき色素しきそ颗粒还有中ちゅう间纤维的てき运输都と受到抑制よくせい。在ざい另一组实验中，科学かがく家か将はた反はん义寡核かく苷酸结合到いた驱动蛋白たんぱく-1的てきmRNA上じょう，抑制よくせい其翻译，发现轴突内ない各かく种蛋白しろ质的顺行性せい运输（anterograde axonal transport）都と受阻。加か上じょう其它数すう据すえ，可か以推测驱动蛋白しろ-1会かい拉ひしげ动细胞器，在ざい微ほろ管かん上じょう朝あさ着ぎ其+极运动。

科か罗拉多大ただい学がく（University of Colorado）的てき比ひ尔·萨斯通どおり带领其实验室对黑くろ腹はら果はて蝇的てき驱动蛋白たんぱく-1或ある驱动蛋白たんぱく重じゅう链（kinesin heavy chain，简称Khc）的てき致死ちし性せい隐性突变进行了りょう研究けんきゅう，并得出で结论：驱动蛋白たんぱく-1是ぜ轴突快速かいそく运输的てき一いち种马达。果はて蝇在死亡しぼう之の前まえ，患有进行性せい远端麻あさ痹（progressive distal paralysis）。而且麻あさ痹最严重的てき部位ぶい是ぜ后きさき部ぶ体からだ节的てき腹はら侧面。这样会かい造成ぞうせい其幼虫ようちゅう身体しんたい收おさむ缩的不ふ对称，尾び部会ぶかい有ゆう节奏的てき往上翘并屈こごめ爬向前まえ。这种表おもて现型是ぜ神しん经系统因为轴突快速そく运输功こう能のう障碍しょうがい而受损。在ざい果はて蝇幼虫ちゅう第だい二に龄期（instar），体からだ节神经轴突末端はし会かい与あずか胞膜结合的てき细胞器き共同きょうどう形成けいせい膨大ぼうだい，这种堵と塞ふさが应该是ぜ由よし失しつ能のう的てき驱动蛋白たんぱく，运输无力，货物被ひ堆うずたか积积聚而造成ぞうせい的てき膨大ぼうだい会かい变得越来ごえく越えつ大だい，这会引起遗传性せい神かみ经接合せつごう，顺行性せい和わ逆行ぎゃっこう性せい（retrograde）快速かいそく运输都会とかい受阻。驱动蛋白たんぱく这种变异会かい在ざい第だい三龄期因为降低离子通道活性，而造成ぞうせい动作电位散布さんぷ受阻。因よし此实验人员认为，细胞器き阻塞使し得とく离子通どおり道どう成分せいぶん顺行性せい运输受阻。来らい自じ免疫めんえき细胞学がく方面ほうめん的てき证据更さら是ぜ进一いち步ほ指出さしで，甚至是ぜII型がた成なり束たば蛋白たんぱく（Fasciclin II），突触结合蛋白たんぱく（synaptotagmin）和かず突触融合ゆうごう蛋白たんぱく（syntaxin）这些神しん经突触组成所しょ需的蛋白たんぱく质也一いち样会受阻。运动神しん经元末まつ端はし营养不足ふそく。因よし此这些果蝇在第だい三龄期后侧体节轴突数量只有正常的1/5，前ぜん端はし的てき只ただ有ゆう正常せいじょう1/3。不ふ但ただし是ぜ突触的てき数量すうりょう，就是连神かみ经递质也会减少。又また因いん为果蝇神经元胞体在ざい头部，其支配しはい尾お部ぶ体からだ节的轴突要よう比ひ支配しはい前ぜん端はし的てき长，所以ゆえん驱动蛋白たんぱく-1的てき失しつ活かつ会かい导致这种长短距不一いち的てき效果こうか。变异果はて蝇的奇き怪かい表ひょう现型也得到いた了解りょうかい释。

参看さんかん

• 动力蛋白たんぱく
• 分子ぶんし马达