驱动蛋白

title: 发现.
content: 20世纪80年代中期,人们虽然知道细胞内存在着分子马达,它们是ATP酶,靠着细胞骨架(具体来说是其中的微管)在细胞内执行者运输任务,但其具体结构仍未被确定。驱动蛋白的同僚——动力蛋白一直是该角色的主要候选者。一直到了1985年,Lasek, RJ和Brady, ST则在nature上发表了《AMP-PNP可以易化轴浆中运输泡对微管的粘着》("Attachment of transported vesicles to microtubules in axoplasm is facilitated by AMP-PNP")一文,记述了他们的观察所得:ATP同型物AMP-PNP可以抑制轴突里的快速运输,同时会使细胞器与微管连合更紧密。这说明了AMP-PNP可促进微管——细胞器——马达分子复合体的形成。而这种马达蛋白质,很快就在同年被Vale RD, Reese TS等人确定了。它们在乌贼那巨型的神经轴突轴浆中发现了一种可溶的蛋白质,可以使微管在玻璃上,乳胶微球在微管上和轴浆细胞器在微管上移动。而且他们发现牛的脑部有着与之同源的蛋白质。这种蛋白质在ATP同型物——亚氨二磷酸盐(imidodiphosphate)的存在下,显示相当强的微管亲和力。他们还将它从微观上分离,与ATP混合放到凝胶过滤(gel filtration)柱上,该蛋白质在柱上移行,并被测重,得出60万atom的分子量,11到12和6到7万atom的多肽链。这些数据有别于以往动力蛋白和肌球蛋白的数据。因此试验人员认为,他们得到了一种新的分子马达,并将之命名为驱动蛋白。而分子马达的大热门——动力蛋白存在的确凿实验证据则在两年后的1987年才发表。  酿酒酵母("Saccharomyces cerevisiae")的驱动蛋白基因序列最初是1992年由Beltran,C所发表。而在NCBI上的人体驱动蛋白马达域的mRNA和蛋白质序列则是由南京医科大学在2001年提供的。接着,2002到2003年,富克葡萄孢盘菌("Botryotinia fuckeliana")、异旋孢腔菌("Cochliobolus heterostrophus")和玉米黑粉菌("Ustilago maydis")驱动蛋白马达域的序列也被查明。同时,科学家还在如黑猩猩("Pan troglodytes")体内,预测了蛋白质异形体1和2,它们和人类的驱动蛋白显示出98%的同源性,而各自演化成为相同蛋白质的期望值为0(就是指,假如两个蛋白质独立进化,是没有可能达到如此98%相似的程度的)。换句话说,它们是来自同一祖先。
title: 结构.
content: 驱动蛋白是由单体组成的聚合体。两条包括催化活性的重链,而大部分驱动蛋白家族的成员重链都有一段α螺旋,两个单体的α螺旋因组成卷曲螺旋(coiled coil)而紧密结合。另外它们还有两条不具有催化活性的轻链。比如驱动蛋白-1是一alpha2-beta2的异四聚体,驱动蛋白-5则是同四聚体,驱动蛋白-2则是异三聚体。  驱动蛋白-1在高离子强度环境下会呈现其未折叠状态,沉降系数为9S。相反,它会在低离子浓度时折叠,沉降系数变为9S。折叠是重链的头部和尾部的相互间作用促成的。这个结论,是根据实验观察得出的。无需轻链的存在,单单是由重链组成的二聚体也会从5S的未折叠状态改变构象成为7S的折叠状态。细胞却要避免驱动蛋白的折叠,因为折叠状态的驱动蛋白并不能快速行进,而且对微管的亲和力也不高。  从扫描电子显微镜观察得出的结果,驱动蛋白1和驱动蛋白14(有被命为英语:Ncd)虽然回响着不同的方向运动,但是它们头部与微观结合的结构却是相似的。
title: 驱动蛋白-1.
content: 驱动蛋白-1是第一种被发现的驱动蛋白,存在于目前已研究的所有多细胞生物即其所有细胞种类之中,并且可见于细胞生长的各个阶段。大部分的驱动蛋白-1都游离于胞质中,一些则会连接一些和胞膜相连的细胞器,如小泡,内质网,还有内质网与高尔基体之间的膜性结构。科学家将在试管中得到证实的抗驱动蛋白-1抗体注射入或者散布在细胞上,再观察其结果,可见微管依赖的溶酶体,高尔基体驱动的小泡,与胞膜连接的色素颗粒还有中间纤维的运输都受到抑制。在另一组实验中,科学家将反义寡核苷酸结合到驱动蛋白-1的mRNA上,抑制其翻译,发现轴突内各种蛋白质的顺行性运输(anterograde axonal transport)都受阻。加上其它数据,可以推测驱动蛋白-1会拉动细胞器,在微管上朝着其+极运动。  科罗拉多大学(University of Colorado)的比尔·萨斯通带领其实验室对黑腹果蝇的驱动蛋白-1或驱动蛋白重链(kinesin heavy chain,简称Khc)的致死性隐性突变进行了研究,并得出结论:驱动蛋白-1是轴突快速运输的一种马达。果蝇在死亡之前,患有进行性远端麻痹(progressive distal paralysis)。而且麻痹最严重的部位是后部体节的腹侧面。这样会造成其幼虫身体收缩的不对称,尾部会有节奏的往上翘并屈爬向前。这种表现型是神经系统因为轴突快速运输功能障碍而受损。在果蝇幼虫第二龄期(instar),体节神经轴突末端会与胞膜结合的细胞器共同形成膨大,这种堵塞应该是由失能的驱动蛋白,运输无力,货物被堆积积聚而造成的膨大会变得越来越大,这会引起遗传性神经接合,顺行性和逆行性(retrograde)快速运输都会受阻。驱动蛋白这种变异会在第三龄期因为降低离子通道活性,而造成动作电位散布受阻。因此实验人员认为,细胞器阻塞使得离子通道成分顺行性运输受阻。来自免疫细胞学方面的证据更是进一步指出,甚至是II型成束蛋白(Fasciclin II),突触结合蛋白(synaptotagmin)和突触融合蛋白(syntaxin)这些神经突触组成所需的蛋白质也一样会受阻。运动神经元末端营养不足。因此这些果蝇在第三龄期后侧体节轴突数量只有正常的1/5,前端的只有正常1/3。不但是突触的数量,就是连神经递质也会减少。又因为果蝇神经元胞体在头部,其支配尾部体节的轴突要比支配前端的长,所以驱动蛋白-1的失活会导致这种长短距不一的效果。变异果蝇的奇怪表现型也得到了解释。

Summary: 驱动蛋白(英语:Kinesin)是一类蛋白质超级家族,属于分子马达的一种,其成员代表驱动蛋白-1(英语:Kinesin-1)在1985年被发现。驱动蛋白是由单体组成的多聚体,其“头部”具有ATP酶活性,能通过水解ATP获得能量,改变构型,进行运动。它和动力蛋白一样,以微管构成的轨道进行滑行。与可以朝微管两极运动的动力蛋白有些不一样,一种驱动蛋白只能朝一个方向运动,如驱动蛋白-1可以沿着微管的+运动,而另一些驱动蛋白则沿着-极运动,在细胞内起运输作用,比如牵拉染色体,参与有丝分裂、减数分裂和细胞迁移过程。

Kinesin: Kinesin bezeichnet eine Gruppe von Motorproteinen in eukaryotischen Zellen. In Kooperation mit anderen Motorproteinen, wie Myosin und Dynein sind sie wesentlich am intrazellulären Transport von biologischen Lasten wie z. B. Biomakromolekülen, Vesikeln und Zellorganellen beteiligt. Kinesin kommt zusammen mit Dynein an Mikrotubuli-Filamenten (Bestandteil des Cytoskeletts) als Transporter von Vesikeln und anderen Molekülen vor.