世界最小的馬達是什么
世界最小的馬達你知道嗎?下面一一為你介紹
分子馬達
分子馬達(molecularmotor),是美國康奈爾大學研究人員在活細胞內(nèi)的能源機制啟發(fā)下,制造出的一種馬達。這種微型馬達以三磷酸腺苷酶為基礎(chǔ),依靠為細胞內(nèi)化學反應提供能量的高能分子三磷酸腺苷(ATP)為能源。
分子馬達即分子機械或納米馬達molecular motor(nano-mot-motor,NMM),是由生物大分子構(gòu)成,利用化學能進行機械做功的納米系統(tǒng)。
研究人員把金屬鎳制成的 螺旋槳嫁接到三磷酸腺苷酶分子中軸上。當它們被浸于 ATP溶液后,其中5個分子馬達轉(zhuǎn)動了起來,轉(zhuǎn)速達到每秒鐘8轉(zhuǎn)。據(jù)介紹,這種馬達只有在顯微鏡下才能被觀察到,其鎳螺旋槳長750納米(一納米為十億分之一米)。根據(jù)拍攝到的畫面,研究人員可以看到一個塵埃粒子先被旋轉(zhuǎn)的螺旋槳吸入、再被甩出的情景。
分子馬達,又名分子發(fā)動機,是分布于細胞內(nèi)部或細胞表面的一類 蛋白質(zhì),它們的 構(gòu)象會隨著與ATP和 ADP的交替結(jié)合而改變,ATP 水解的 能量轉(zhuǎn)化為 機械能,引起馬達形變,或者是它和與其結(jié)合的分子產(chǎn)生移動。就是說,分子馬達本質(zhì)上是一類 ATP酶。例如肌肉中的 肌球蛋白會拉動粗肌絲向中板移動,引起肌肉收縮。而另外兩種分子馬達:驅(qū)動蛋白和動力蛋白,它們能夠承載著分子“貨物”-------------如: 質(zhì)膜微粒,甚至是 線粒體和 溶酶體,在由微管構(gòu)成的軌道上滑行,起到運輸?shù)淖饔谩?/p>
肌球蛋白是微絲結(jié)合蛋白, 最早發(fā)現(xiàn)于肌肉組織,1970年后逐漸發(fā)現(xiàn)許多非肌細胞的肌球蛋白。其家族有13個成員,每個成員在 結(jié)構(gòu)上都分為頭,頸和尾部三個部分,形似豆芽,而組成上則有輕重兩種鏈。其中的調(diào)節(jié)輕鏈是肌球蛋白接受調(diào)解的位點,就是說,調(diào)節(jié)輕鏈的 磷酸化/去 磷酸化狀態(tài)影響著肌球蛋白的活性。其中Ⅰ和Ⅱ型是研究得最徹底的分子馬達。一些細胞具有突變的肌球蛋白,它們能正常伸出 偽足,但是卻不能成功移動。Ⅰ型和Ⅴ型則是二聚體。趨向微絲的正極運動。蛋白的頭部能就尾部作屈伸運動,并在“屈”的時候拉動微絲相對向后運動。肌球蛋白除了參與 肌肉收縮外,還被認 為是 細胞遷移
所需的重要分子之一。肌球蛋白非??赡軈⑴c了“前進的四個步驟”里面胞體收縮的那一步。另外,在細胞突出一端也可觀察到肌球蛋白,它可能是幫助運輸粘著所需要的蛋白質(zhì),提高粘著效率。
分子馬達靠很小的增值來工作,轉(zhuǎn)入蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變從而能進行有引導的運動,它需要一條引導馬達裝配的運動軌道進行有規(guī)則的運動來通過一段距離。實際上,我們以前已經(jīng)遇到過一類分子馬達,它利用我們即將涉及的分子機器,即沿著DNA和 RNA軌跡運動的 解螺旋酶。沿重復同一亞單位組成的蛋白絲(如肌纖蛋白和 微管)--在高度親緣關(guān)系和低親緣關(guān)系間的馬達蛋白質(zhì)的循環(huán),是為使絲狀軌道響應于ATP的結(jié)合, 水解。ATP的每一次結(jié)合、推動、釋放,都是產(chǎn)生運動的機制。
也存在一種完全不同的策略,就象 大腸桿菌之類的 細菌那樣用來產(chǎn)生運動,一套 鞭毛扮演著 螺旋槳,在細菌細胞膜中做馬達旋轉(zhuǎn),這個旋轉(zhuǎn)的馬達被一個跨膜的蛋白質(zhì)濃度梯度所驅(qū)動,代替被 ATP水解所驅(qū)動,一套蛋白質(zhì)濃度梯度去轉(zhuǎn)動運動的機理類似于ATP合成酶的F0亞基的作用.但是,儲存生化能量的主要模式都是ATP和離子 濃度梯度,被漸進式的利用去驅(qū)動有機分子運動.
真核細胞含有三種主要的馬達蛋白家族: 肌球蛋白、kinesins蛋白和 動力蛋白。初一看,這些蛋白家族好像彼此很不同。在肌肉中的肌球蛋白,開始時被描繪成有它自己的作用基礎(chǔ),沿著肌纖蛋白的絲運動,肌肉肌球蛋白包括兩個拷貝,它們都有一個87kd分子團的 重鏈,一個必需的 輕鏈,和一個起調(diào)節(jié)作用的 輕鏈。人類基因似乎能編碼超過40種截然不同的 肌球蛋白,在肌肉收縮中有些功能和另一些參與不同種類的其他過程。kinesins蛋白在蛋白質(zhì)、囊泡和沿微管的 細胞器轉(zhuǎn)運中起作用,包括 染色體分離。kinesins蛋白常包括兩個拷貝,一個是重鏈,一個是輕鏈,它的重鏈大約只有肌球蛋白長度的一半。人類基因至少能編碼40種kinesins蛋白。在一些真核細胞中,動力蛋白能驅(qū)動纖毛和鞭毛的運動,和其他作用蛋白相比,動力蛋白較大,有個大于500kd的分子團重鏈,人類基因似乎能編碼大約10種動力蛋白。
比較 肌球蛋白,kinesins和動力蛋白的氨基酸序列,并沒有出現(xiàn)這些蛋白質(zhì)家族之間有意義的關(guān)系,但是,在確定它們的三維結(jié)構(gòu)之后,肌球蛋白和kinesins家族的成員之間被發(fā)現(xiàn)有顯著的相似性,特別是肌球蛋白和kinesins都包含同源的P-環(huán)NTP酶核心部位,這些在 G蛋白中也存在。動力蛋白重鏈的序列分析揭示出它是P-環(huán)NTP酶的AAA子家族的一個成員,我們以前在19S 蛋白解體系統(tǒng)中遇到過該子家族,動力蛋白有6個序列編碼一個沿著它的長段排列的P-環(huán)NTP酶整環(huán)。從而,可以利用有關(guān)G蛋白和其他P-環(huán)NTP酶的知識來分析這些馬達蛋白的運動機理。