Motor Molekuler dan Pembentukan Gaya

Bagaimana protein motor seperti miosin, kinesin, dan dinein mengubah energi kimia ATP menjadi gaya terarah dan pergerakan di sepanjang jalur sitoskeletal.

Definition

Motor molekuler adalah protein yang mengubah energi kimia, biasanya dari hidrolisis ATP, menjadi kerja mekanis, menghasilkan gaya terarah dan gerakan di sepanjang jalur polimer atau substrat.

Scope

Topik ini mencakup fisika motor molekuler: siklus mekanokimia yang menggabungkan hidrolisis nukleotida dengan perubahan konformasi dan langkah, hubungan gaya-kecepatan, prosesivitas, dan peran derau termal dalam gerakan terarah. Topik ini mengacu pada pengukuran molekul tunggal yang menyelesaikan langkah-langkah motor individual, sementara jalur itu sendiri dan mekanika seluler hilir dibahas dalam topik-topik terkait.

Core questions

• Bagaimana siklus kimia motor digabungkan dengan langkah mekanisnya?
• Gaya dan ukuran langkah apa yang dihasilkan oleh motor tunggal?
• Mengapa beberapa motor mengambil banyak langkah tanpa melepaskan diri (prosesivitas) sementara yang lain tidak?
• Bagaimana motor mencapai gerakan terarah meskipun ada guncangan termal?

Key theories

Siklus mekanokimia

Setiap putaran pengikatan nukleotida, hidrolisis, dan pelepasan produk mendorong urutan keadaan konformasi yang mengikat motor ke jalurnya, menghasilkan langkah daya, dan melepaskannya, sehingga kimia dan mekanika sangat erat terkait.

Gerakan terarah melawan derau termal

Motor beroperasi dalam rezim di mana gaya termal sebanding dengan gaya yang mereka hasilkan, dan mereka mencapai gerakan terarah bersih dengan membiaskan siklus mereka dengan energi bebas ATP daripada dengan mengalahkan fluktuasi termal.

Mechanisms

Motor mengikat jalurnya dan nukleotida, dan hidrolisis dengan pelepasan produk mendorong langkah daya konformasi yang menggeser beban beberapa nanometer sebelum motor melepaskan dan mengikat kembali, mengulangi siklus. Gaya yang dapat dihasilkan motor adalah sekitar pikonewton dan kecepatannya menurun seiring dengan peningkatan beban yang berlawanan, mendefinisikan kurva gaya-kecepatan. Motor prosesif mengoordinasikan dua kepala sehingga setidaknya satu tetap terikat, memungkinkan pergerakan panjang, sedangkan motor non-prosesif bekerja dalam tim. Karena mereka beroperasi pada skala di mana energi termal signifikan, motor merektifikasi daripada mengalahkan gerakan termal menggunakan energi ATP.

Clinical relevance

Protein motor mendorong kontraksi otot, transportasi intraseluler, dan pembelahan sel, dan disfungsi atau penargetannya relevan dalam konteks jantung, neurologis, dan onkologis; biofisika di sini adalah latar belakang pendidikan, bukan nasihat klinis.

History

Menyusul teori filamen geser otot, eksperimen perangkap optik pada tahun 1990-an, termasuk pengukuran langsung langkah dan gaya miosin tunggal, menyelesaikan siklus mekanokimia motor individual dan menetapkan motor sebagai subjek sentral biofisika molekul tunggal.

Key figures

• James Spudich
• Jonathon Howard
• Ronald Vale
• Toshio Yanagida

Seminal works

• finer1994
• howard2001

Frequently asked questions

Berapa banyak gaya yang dihasilkan oleh motor molekuler tunggal?

Sekitar beberapa pikonewton, dengan langkah beberapa nanometer, sebagaimana diukur langsung dalam eksperimen perangkap optik molekul tunggal.

Apa arti prosesivitas?

Motor prosesif mengambil banyak langkah berurutan di sepanjang jalurnya sebelum melepaskan diri, karena ia menjaga setidaknya satu bagian tetap terikat setiap saat; motor non-prosesif melepaskan diri setelah setiap interaksi dan bekerja dalam kelompok.