المحركات الجزيئية والحركة

المحركات الجزيئية هي بروتينات تحول الطاقة الكيميائية للأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) إلى حركة موجهة على طول مسارات الهيكل الخلوي، مما يدعم النقل والانقباض وحركة الخلية.

Definition

المحرك الجزيئي هو بروتين يستخدم الطاقة الناتجة عن التحلل المائي للأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) للتحرك بشكل تقدمي أو لتوليد قوة على طول خيط هيكلي خلوي.

Scope

يغطي هذا الموضوع العائلات الثلاث الرئيسية للمحركات: الميوسينات على الأكتين، والكينيسينات والداينينات على الأنيبيبات الدقيقة، وكيف تربط هذه المحركات التحلل المائي للأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) بالخطوات الميكانيكية، وكيف تدفع نقل الحمولة، وانقباض العضلات والسيتوبلازم، وضربات الأهداب، وحركة الخلية بأكملها.

Core questions

• كيف تحول البروتينات المحركة التحلل المائي للأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) إلى حركة موجهة؟
• ما الذي يميز الميوسينات، والكينيسينات، والداينينات؟
• كيف تحمل المحركات الحمولة وتنتج الانقباض؟
• كيف تدعم المحركات عمليات مثل ضربات الأهداب وزحف الخلايا؟

Key theories

البروتينات المحركة كمحركات كيميائية ميكانيكية

تربط المحركات دورات ارتباط الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، والتحلل المائي، وإطلاق النواتج بالتغيرات الشكلية التي تنتج خطوات موجهة على طول الخيط، مع اعتبار الكينيسين مولد قوة قائم على الأنيبيبات الدقيقة.

Mechanisms

يحتوي كل محرك على رأس يرتبط بخيط الهيكل الخلوي ويحلل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)؛ وتؤدي دورات ارتباط النيوكليوتيد، والتحلل المائي، والإطلاق إلى تغييرات شكلية تحرك المحرك في اتجاه ثابت. تعمل الميوسينات على الأكتين لإنتاج انقباض العضلات والحركات القشرية، بينما تسير الكينيسينات عادةً نحو الأطراف الموجبة للأنيبيبات الدقيقة حاملةً الحمولة إلى الخارج، وتتحرك الداينينات نحو الأطراف السالبة وتدعم ضربات الأهداب والأسواط. يساهم النشاط المنسق للمحركات في نقل العضيات، وتحديد مواقع البنى، وحركة الخلية.

Clinical relevance

توضح المحركات الجزيئية كيف تولد الخلايا الحركة وتنظم النقل على المستوى الجزيئي، وهو موضوع أساسي يربط بيولوجيا الخلية بالفيزياء الحيوية. المعالجة هنا وصفية وغير توجيهية.

History

كشفت أعمال هوكسلي حول الخيوط المنزلقة عن انقباض العضلات المدفوع بالميوسين؛ وقد أدى تحديد الكينيسين عام 1985 بواسطة فالي وشيتز والدراسات اللاحقة على الجزيئات الفردية إلى ترسيخ كيفية سير المحركات على طول الخيوط ودعمها للنقل.

Key figures

• Ronald Vale
• Michael Sheetz
• Hugh Huxley
• James Spudich

Seminal works

• vale1985
• alberts2014

Frequently asked questions

كيف تتحرك المحركات الجزيئية في اتجاه واحد؟

تدفع كل دورة من ارتباط الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) وتحلله المائي تغيرًا في شكل المحرك ينتج عنه خطوة في اتجاه ثابت على طول الخيط القطبي، لذا يسير المحرك باستمرار في اتجاه واحد.

ما الفرق بين الكينيسين والداينين؟

كلاهما يتحرك على طول الأنيبيبات الدقيقة، لكن الكينيسينات تنقل الحمولة عادةً نحو الأطراف الموجبة عند محيط الخلية، بينما تتحرك الداينينات نحو الأطراف السالبة بالقرب من مركز الخلية.