分子马达与运动

分子马达是蛋白质，能将ATP的化学能转化为沿细胞骨架轨道的定向运动，从而驱动运输、收缩和细胞运动。

Definition

分子马达是一种蛋白质，利用ATP水解产生的能量，沿着细胞骨架细丝进行渐进式移动或产生力。

Scope

本主题涵盖了三大主要马达家族：肌动蛋白上的肌球蛋白，以及微管上的驱动蛋白和动力蛋白；它们如何将ATP水解与机械步骤耦合；以及它们如何驱动货物运输、肌肉和细胞质收缩、纤毛搏动以及全细胞运动。

Core questions

• 马达蛋白如何将ATP水解转化为定向运动？
• 肌球蛋白、驱动蛋白和动力蛋白有何区别？
• 马达如何运输货物并产生收缩？
• 马达如何驱动纤毛搏动和细胞爬行等过程？

Key theories

作为机械化学引擎的马达蛋白

马达将ATP结合、水解和产物释放的循环与构象变化耦合，从而在细丝上产生定向步进，其中驱动蛋白被确立为基于微管的力发生器。

Mechanisms

每个马达都有一个头部，可以结合细胞骨架细丝并水解ATP；核苷酸结合、水解和释放的循环驱动构象变化，使马达沿固定方向移动。肌球蛋白作用于肌动蛋白以产生肌肉收缩和皮层运动；驱动蛋白通常向微管正端移动，向外运输货物；动力蛋白则向负端移动，并驱动纤毛和鞭毛搏动。协调的马达活动运输细胞器、定位结构并促进细胞运动。

Clinical relevance

分子马达解释了细胞如何在分子水平上产生运动和组织运输，这是一个连接细胞生物学和生物物理学的基础性课题。此处提供的处理是描述性的，不具指导性。

History

赫胥黎的滑动细丝理论揭示了肌球蛋白驱动的肌肉收缩；1985年Vale和Sheetz对驱动蛋白的鉴定以及随后的单分子研究确立了马达如何沿着细丝行走并驱动运输。

Key figures

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

Seminal works

• vale1985
• alberts2014

Frequently asked questions

分子马达如何单向移动？

每个ATP结合和水解的循环都会驱动马达的形状变化，从而在极性细丝上产生固定方向的步进，因此马达始终沿一个方向行走。

驱动蛋白和动力蛋白有什么区别？

两者都沿着微管移动，但驱动蛋白通常将货物运往细胞外围的正端，而动力蛋白则向细胞中心附近的负端移动。