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馬達蛋白(Motor protein)

馬達蛋白是細胞內物質運輸顆粒和囊泡的載體,是壹類利用ATP水解所產生的化學能量驅動自身沿微管(Microtubule)或微絲(microfilament)定向運動的蛋白。馬達蛋白根據其作用部位分為兩類,微管馬達蛋白,包括包括驅動蛋白(Kinesin)與動力蛋白(Dynein)兩個家族;以及微絲馬達蛋白,又稱肌球蛋白(myosin)。

微管與微絲在許多細胞過程中扮演非常重要的角色,它們維持細胞的結構,壹同形成細胞骨架。它們提供了用於胞內運輸平臺和參與了多種細胞過程,包括分泌囊泡,細胞器和細胞內的物質的運動。

微管是由α-和β-微管蛋白(Tubulin)二聚體聚合的長的中空圓柱體,其外徑約為24納米,而內直徑為約12納米。微管具有獨特的極性,具有生長速度較快解離速度較慢的(+)端和生長速度較慢解離速度較快的(-)端。通過微管運動的馬達蛋白分為驅動蛋白(Kinesin)與動力蛋白(Dynein)。驅動蛋白(Kinesin)可以朝著 微管 的+極運動,而動力蛋白(Dynein)則朝著微管的-極運動。馬達蛋白既有與微絲或微管結合的馬達結構域,又有與膜性細胞器或大分子復合物特異結合的“貨物”結構域。驅動蛋白(Kinesin)是壹條長80nm的桿狀結構,頭部壹端有兩個成球狀的馬達結構域,另壹端是重鏈(kinesin heavy chain,KHC)和輕鏈(kinesin light chain,KLC)組成的扇形尾端,中間是重鏈組成的桿狀區。球狀的頭部具有ATP結合部位和微管結合部位。

動力蛋白(Dynein)有兩個球形重鏈“頭部”,這兩個重鏈依靠前部的竿在微管上“行走”。動力蛋白激活蛋白幫助在輕鏈上加載貨物。

微絲是由肌動蛋白(Actin)組成的直徑約為7nm的纖維結構。與微管壹樣,微絲擁有較快組裝的壹端(+極)以及較慢組裝的壹端(-極)。依靠微絲運輸物質的馬達蛋白為肌球蛋白(myosin)。其分子形狀如豆芽狀,由兩條重鏈和多條輕鏈構成。兩條重鏈的大部分相互螺旋形地纏繞為桿狀,構成豆芽狀的桿;重鏈的剩余部分與輕鏈壹起,構成豆芽的瓣。被激活後,具有活性的、能分解ATP的ATP酶。其頭部用於連接纖維狀的肌動蛋白,利用ATP水解產生的作用力沿纖維絲向(+)端“行走”(myosinVI為特例,向尖端(-)“行走”)。

馬達蛋白在細胞活動中非常重要,而已有研究發現其余多種疾病相關。如驅動蛋白(kinesin)缺乏是引起腓骨肌萎縮癥和某些腎臟疾病的原因。動力蛋白(Dynein )缺乏會導致慢性呼吸道感染,因為纖毛沒有動力蛋白就不能正常工作。肌球蛋白(myosin)的許多缺陷與疾病狀態和遺傳綜合癥有關。由於肌球蛋白II對於肌肉收縮必不可少,因此肌肉肌球蛋白的缺陷可預測地引起肌肉病變。肌球蛋白在聽力過程中是必需的,因為它在立體睫毛的生長中起著重要作用,因此肌球蛋白的蛋白質結構缺陷會導致遺傳性耳聾和非綜合征性耳聾。

單純的文字介紹會缺少真實感,這裏附上壹個馬達蛋白的介紹視頻,生動詳細的模擬了其參與物質運輸的過程,相信看完以後妳會對神奇的細胞內分子活動更感興趣。

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