Động cơ phân tử và khả năng vận động

Động cơ phân tử là các protein chuyển đổi năng lượng hóa học của ATP thành chuyển động có hướng dọc theo các sợi khung xương tế bào, cung cấp năng lượng cho quá trình vận chuyển, co rút và vận động của tế bào.

Definition

Động cơ phân tử là một protein sử dụng năng lượng từ quá trình thủy phân ATP để di chuyển một cách liên tục hoặc tạo ra lực dọc theo một sợi khung xương tế bào.

Scope

Chủ đề này bao gồm ba họ động cơ chính: myosin trên actin, kinesin và dynein trên vi ống; cách chúng kết hợp thủy phân ATP với các bước cơ học; và cách chúng điều khiển vận chuyển vật chất, co cơ và co tế bào chất, nhịp đập của lông mao, và chuyển động của toàn bộ tế bào.

Core questions

• Các protein động cơ chuyển đổi quá trình thủy phân ATP thành chuyển động có hướng như thế nào?
• Điều gì phân biệt myosin, kinesin và dynein?
• Các động cơ vận chuyển vật chất và tạo ra sự co rút như thế nào?
• Các động cơ cung cấp năng lượng cho các quá trình như nhịp đập của lông mao và sự bò của tế bào như thế nào?

Key theories

Protein động cơ như động cơ cơ hóa

Các động cơ kết hợp các chu trình gắn ATP, thủy phân và giải phóng sản phẩm với các thay đổi cấu trúc tạo ra các bước có hướng dọc theo một sợi, với kinesin được xác định là một bộ tạo lực dựa trên vi ống.

Mechanisms

Mỗi động cơ có một đầu liên kết với sợi khung xương tế bào và thủy phân ATP; các chu trình gắn nucleotide, thủy phân và giải phóng thúc đẩy các thay đổi cấu trúc làm cho động cơ di chuyển theo một hướng cố định. Myosin tác động lên actin để tạo ra sự co cơ và các chuyển động vỏ tế bào, kinesin thường di chuyển về phía đầu cộng của vi ống mang vật chất ra ngoài, và dynein di chuyển về phía đầu trừ và cung cấp năng lượng cho nhịp đập của lông mao và roi. Hoạt động phối hợp của động cơ vận chuyển các bào quan, định vị các cấu trúc và góp phần vào sự vận động của tế bào.

Clinical relevance

Động cơ phân tử giải thích cách các tế bào tạo ra chuyển động và tổ chức vận chuyển ở cấp độ phân tử, một chủ đề nền tảng liên kết sinh học tế bào với lý sinh học. Cách tiếp cận ở đây mang tính mô tả và không mang tính kê đơn.

History

Công trình về sợi trượt của Huxley đã tiết lộ sự co cơ do myosin điều khiển; việc Vale và Sheetz xác định kinesin vào năm 1985 và các nghiên cứu phân tử đơn lẻ sau đó đã xác định cách các động cơ di chuyển dọc theo các sợi và cung cấp năng lượng cho quá trình vận chuyển.

Key figures

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

Seminal works

• vale1985
• alberts2014

Frequently asked questions

Các động cơ phân tử di chuyển theo một hướng như thế nào?

Mỗi chu trình gắn và thủy phân ATP thúc đẩy sự thay đổi hình dạng của động cơ, tạo ra một bước theo một hướng cố định dọc theo sợi phân cực, do đó động cơ di chuyển nhất quán theo một chiều.

Sự khác biệt giữa kinesin và dynein là gì?

Cả hai đều di chuyển dọc theo vi ống, nhưng kinesin thường vận chuyển vật chất về phía đầu cộng ở ngoại vi tế bào, trong khi dynein di chuyển về phía đầu trừ gần trung tâm tế bào.