驱动蛋白及其作用研究进展
驱动蛋白家族在结直肠癌中作用的研究进展
驱动蛋白家族在结直肠癌中作用的研究进展孙世杰，吕嘉晨，佟金学哈尔滨医科大学附属肿瘤医院，哈尔滨150001摘要：结直肠癌的高发病率和高病死率是一个世界性难题。
目前，结直肠癌早期诊断困难，治疗过程中往往存在严重的原发性或继发性耐药现象。
鉴于结直肠癌的诊疗局限性，学者们一直在积极探索新一代液体活检技术及其分子治疗靶点。
驱动蛋白是一种重要的细胞内运输“货物”的分子马达，主要参与细胞有丝分裂过程中染色体聚集、纺锤体形成和细胞内物质运输等。
迄今为止，共发现45个驱动蛋白家族（KIFs）成员。
大多数KIFs成员对结直肠癌的发生、发展具有促进作用，个别KIFs成员则具有促癌和抑癌双重作用。
不仅如此，部分KIFs成员在恶性肿瘤中的作用还会随着病情进展而发生变化。
因此，KIFs成员在结直肠癌中的作用逐渐成为临床研究的热点。
KIFs成员有望成为结直肠癌的新一代生物标志物和治疗靶点。
关键词：结直肠癌；驱动蛋白；生物标志物；治疗靶点doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2021.10.025中图分类号：R735.3文献标志码：A文章编号：1002-266X（2021）10-0099-05结直肠癌是一种高发病率和高病死率的消化系统恶性肿瘤，其发病率和病死率分别居全球恶性肿瘤的第三、四位［1-2］。
目前，电子结肠镜检查是诊断结直肠癌最直观、可靠的手段，不仅可直视下观察结直肠黏膜的细微病变，还可通过组织活检或细胞学检查确定病变性质，但其作为一种有创的侵入性检查，存在肠出血、肠穿孔等严重并发症或患者不耐受情况。
癌胚抗原（CEA）作为传统肿瘤标志物的代表，其血清水平持续升高5～10倍对结直肠癌诊断才有指导意义［3］。
但在结直肠癌早期血清CEA水平升高并不明显。
在治疗方面，结直肠癌往往存在严重的原发性或继发性耐药现象。
鉴于结直肠癌的诊疗局限性，学者们一直在积极探索新一代液体活检技术［4］及其分子治疗靶点［5-6］。
《驱动蛋白侧向运动机制研究》范文
《驱动蛋白侧向运动机制研究》篇一摘要：本文主要探讨驱动蛋白侧向运动机制，包括其背景、意义、研究方法及最新进展等方面进行阐述。
通过研究驱动蛋白的侧向运动机制，有助于理解细胞内物质运输的动态过程，为相关疾病的治疗提供理论依据。
一、引言驱动蛋白是细胞内物质运输的重要分子马达，其侧向运动机制在细胞生命活动中扮演着至关重要的角色。
随着生物医学的不断发展，对驱动蛋白侧向运动机制的研究逐渐成为生物学领域的研究热点。
本文旨在通过对驱动蛋白侧向运动机制的研究，揭示其工作原理及在细胞内的运输过程，为相关疾病的治疗提供理论依据。
二、驱动蛋白侧向运动机制的研究背景及意义驱动蛋白通过与微管、肌动蛋白等细胞内结构相互作用，实现细胞内物质的运输。
侧向运动是指驱动蛋白在微管或肌动蛋白纤维上进行的横向移动。
研究驱动蛋白侧向运动机制，有助于理解细胞内物质运输的动态过程，揭示细胞生命活动的本质。
此外，驱动蛋白的异常表达和功能失调与多种疾病的发生和发展密切相关，因此，研究驱动蛋白侧向运动机制对于疾病的治疗和预防具有重要意义。
三、研究方法本研究采用多种方法综合研究驱动蛋白侧向运动机制，包括：1. 生物化学方法：通过制备驱动蛋白的相关抗体，检测其在细胞内的表达和分布情况。
2. 细胞生物学方法：利用显微镜技术观察驱动蛋白在细胞内的运动过程，记录其侧向运动的轨迹和速度。
3. 分子生物学方法：通过构建驱动蛋白的基因敲除或过表达模型，研究其侧向运动机制的变化。
4. 计算机模拟技术：利用计算机模拟技术，模拟驱动蛋白在微管或肌动蛋白纤维上的侧向运动过程，进一步揭示其运动机制。
四、最新研究进展近年来，关于驱动蛋白侧向运动机制的研究取得了重要进展。
研究人员发现，驱动蛋白的侧向运动与其与微管或肌动蛋白纤维的相互作用密切相关。
通过制备特定抗体，可以观察到驱动蛋白在细胞内的分布和运动情况。
此外，利用计算机模拟技术，可以更加直观地了解驱动蛋白的侧向运动过程。
同时，通过构建基因敲除或过表达模型，研究人员发现驱动蛋白的侧向运动对其在细胞内的运输效率具有重要影响。
日本意外发现驱动蛋白的最新功能
日本意外发现驱动蛋白的最新功能驱动蛋白（Kinesins）能够沿着微管移动，是细胞中负责物质运输的马达蛋白。
日本东京大学的一项新研究发现，一种驱动蛋白在调控血液胆固醇水平的通路中，起到了出人意料的作用。
文章于一月二十七日发表在Journal of Cell Biology杂志上，资深作者是细胞生物学牛人广川信隆（Nobutaka Hirokawa）教授。
在人类基因组中有45种驱动蛋白，KIF13B就是其中之一。
这种驱动蛋白在肝脏中含量特别丰富，而KIF13B发生突变会提高小鼠血液中的胆固醇水平。
日本东京大学的研究人员构建了缺乏KIF13B的小鼠模型。
他们发现，KIF13B在肝脏细胞中的浓缩位置，就是低密度脂蛋白LDL进入血液的地方，低密度脂蛋白也被称为“坏胆固醇”。
这些低密度脂蛋白通过内吞作用进入细胞，内吞是细胞吸收分子的主要方式。
细胞的内吞作用一般由两种途径介导，即细胞膜中的网格蛋白包被小泡，或者细胞膜形成的凹陷（caveolae）。
细胞膜受体LRP1负责与LDL结合，然后经上述两种途径使LDL进入细胞。
研究人员发现，LRP1和KIF13B一同出现在细胞膜，而且KIF13B能够将受体和LDL招募到细胞膜形成的凹陷中，由此促进内吞作用。
“网格蛋白介导的内吞已经被人们广为研究，”文章的资深作者广川信隆教授说。
“而我们这是首次解析caveolin介导的内化机制。
”广川信隆教授是日本最高学术组织学士院的成员，是细胞生物学领域的高产牛人。
令人惊讶的是，上述内吞过程并没有用到KIF13B的马达功能。
研究显示，驱动蛋白在细胞膜上作为支架，帮助LRP1与caveolae相连。
“一个马达蛋白能起到支架作用，这令我们感到很意外，”Hirokawa 说。
“不过，在LRP1内化以后，KIF13B可以行使马达功能运送内吞体（endosome）通过质膜。
”研究人员现在希望了解的是，KIF13B是否也在人体内控制LRP1的内吞和血液中的胆固醇水平。
真核细胞中驱动蛋白的机制及其作用
真核细胞中驱动蛋白的机制及其作用徐荣，电气工程及其自动化1303，3130100717，513031329@摘要：马达蛋白（motor proteins)主要分为驱动蛋白（kinesin)，动力蛋白(dynein)，以及肌球蛋白（myosin)。
其中驱动蛋白是在微管上作定向运动的，在细胞内的运输机制中起重要作用的分子马达。
从1985年发现至今，驱动蛋白一直是生物学界研究的热门话题。
本文就近年来对这种分子马达的机制功能研究做一简要的综述。
关健词：驱动蛋白,机制,功能作用在无比精密的细胞结构中，有一类分子，在细胞中发挥着核心运转的作用，它们大大提高了细胞中物质转换流动的速率，它们就是分子马达。
分子马达是分布在细胞内部或表面的一类蛋白，又称马达蛋白，它负责细胞内的一部分物质或者整个细胞的运动，从这个角度看，生物体内各种组织、器官乃至整个生物体的运动最终都归结为分子马达微观上的运动。
而在真核细胞中，主要有三种马达蛋白——驱动蛋白、动力蛋白、肌球蛋白，它们三者间有共同点，也有区别较大之处。
本文将对驱动蛋白的机制及功能等方面进行分析总结，与另外两类马达蛋白做比较，并对其研究发展进行展望。
驱动蛋白(kinesin)是一类能利用ATP水解所释放的能量驱动自身及所携带的货物分子沿微管运动的马达蛋白，与细胞内物质运输有关，是1985年美国加州大学的Vale等首次在鱿鱼和哺乳动物神经组织进行蛋白生化分馏实验中发现的[1]。
驱动蛋白之中根据结构的不同可分为很多种，目前在真核细胞生物（人与小鼠为例）体内发现了45种驱动蛋白，它们参与了各类的生命活动，广泛地存在生物体内。
1 驱动蛋白结构驱动蛋白一般是一条大约长80nm 的杆状结构分子。
其中一端是驱动蛋白的头部，由2个直径10nm的球状结构组成，另一端是呈扇形的尾部，而两端之间相连的铰链区呈杆状，称为驱动蛋白的颈部。
球状的头部和杆状的颈部是由重链聚合而成，扇状的尾部则是由重链和轻链组成。
驱动蛋白的结构与功能
1驱动蛋白简介分子马达(molecular motor)是以微管为运动轨道的驱动蛋白(kinesin)、动力蛋白(dynein)和以微丝为运动轨道的肌球蛋白(myosin)三类蛋白质超家族的总称.其中,驱动蛋白能高效地将三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)结合以及水解产生的化学能转化为机械能[1],同时携带着“货物”摘要:驱动蛋白是一类蛋白质超家族的总称,其中驱动蛋白⁃1(以下简称驱动蛋白)是目前已知的有机体内最小的马达蛋白.驱动蛋白能够催化三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)分子的水解反应,将贮藏在ATP 中的化学能转变为自身机械运动所需的机械能.驱动蛋白能够沿着微管连续定向运动,在细胞的有丝分裂和胞内物质运输中发挥重要作用.在真核细胞中,驱动蛋白主要以二聚体的形式存在,其结构主要包括4个部分,即马达头部、茎部、连接头部与茎部的颈链以及与“货物”相结合的尾部.驱动蛋白二聚体独特的结构特征以及各个组成部分协调的构象变化,保证了其沿微管的连续行走.目前,驱动蛋白的结构与功能之间的关系的研究取得了重要的进展.随着实验和计算水平的不断提高,彻底了解驱动蛋白的运动机理已经为期不远了.关键词:驱动蛋白;三磷酸腺苷(ATP);微管;结构⁃功能关系中图分类号:Q71文献标识码:A文章编号:1007⁃7847(2013)06⁃0533⁃05The Structure and Function of KinesinLIU Shu ⁃xia 1a ,GENG Yi ⁃zhao 2,ZHANG Hui 1b ,JI Qing 1a,b*(1.a.Institute of Biophysics ;b.Department of Physics,School of Science,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China ;2.College of Nuclear Science and Technology,Beijing Normal University,Beijing 100875,China )收稿日期:2013⁃06⁃28;修回日期:2013⁃10⁃01基金项目:国家自然科学基金资助项目(90403007;10975044)作者简介:刘书霞(1985⁃),女,河北邯郸人,硕士研究生,主要从事生物物理研究;*通讯作者:纪青(1958⁃),男,吉林长春人,河北工业大学教授,博士,主要从事生物物理、液态水体系及液晶物理研究,Tel:022⁃60435643,E ⁃mail:jiqingch@.Abstract:Kinesin is a protein superfamily,of which kinesin ⁃1(abbreviated to kinesin)is the smallest motorprotein in organism known to date.Kinesin catalyzes adenosine triphosphate (ATP)hydrolysis and converts the released chemical energy into mechanical energy for its successive movement along microtubule,which is crucial for mitosis and organelle transportation in cells.In eukaryotic cells,kinesin exists as a dimer.It consists of four parts including the motor head,stalk,neck linker that connects the head and the stalk andthe tail that binds the cargo.Kinesin ’s unique structure and the exquisite cooperation between its structural elements ensure its processive walk along microtubule.The investigation on the structure ⁃function relation ⁃ship of kinesin has made important progress.Along with the fast development of experiment and computation condition,it can be anticipated that a thorough understanding of the mechanism underlying kinesin move ⁃ment is not far away.Key words:kinesin;ATP (adenosine triphosphate);microtubule;structure ⁃function relationship（Life Science Research ，2013，17（6）：533~537）驱动蛋白的结构与功能刘书霞1a ,耿轶钊2,张辉1b ,纪青1a,b*(1.河北工业大学a.生物物理研究所,b.理学院物理系,中国天津300401;2.北京师范大学核科学与技术学院,中国北京100875)·综述·第17卷第6期生命科学研究Vol.17No.62013年12月Life Science Research Dec.2013生命科学研究2013年P ⁃loopSwitch ⁃ⅠSwitch ⁃ⅡNucleotide图1驱动蛋白区域结构示意图[10]Fig.1The structure of kinesin ’s functional domains [10]沿着微管定向移动[2~4].本文介绍驱动蛋白超家族中最早被发现的驱动蛋白⁃1(kinesin ⁃1,以下简称驱动蛋白).驱动蛋白最早是在鱿鱼的神经细胞轴突中发现的,主要存在于真核细胞内.行使功能时,驱动蛋白主要以二聚体的形式存在[5],能沿着微管蛋白在细胞内部复杂的环境中连续行走上百步而不脱落[6].在低角度旋转投影电子显微镜下观察驱动蛋白是一条长80nm 的杆状结构(见图1),主要分为4个重要的结构域(domain)[7~10]:1)马达结构域(motor domain).马达结构域位于整个驱动蛋白分子的氨基端,由两个结构相同的头部构成,每个头部都有微管结合位点和ATP 结合位点,是4个结构域中比较保守的一个.头部的形状近似为球形,直径约为5nm;2)二聚化结构域(dimerization domain).这个结构域主要由缠绕螺旋结构(coiled coil)构成,也叫做茎部(stalk),长度约为80nm;3)颈链(neck linker).颈链是连接马达结构域和二聚化结构域的一段短肽,包含约14个氨基酸.它在不同核苷酸状态下有不同的构象,是关键的力产生元件之一;4)尾部(tail domain).尾部位于整个驱动蛋白分子的羧基端,由两个较小的球状结构组成.驱动蛋白的这4个部分通常称为重链(KHC).多数的驱动蛋白在尾部还结合有两条轻链(KLC),二者同时与包含“货物”(cargo)的囊泡等膜性细胞器相连接,拖动其沿着微管定向移动.驱动蛋白在胞内运输、有丝分裂、减数分裂、细胞形成、细胞功能等方面起着非常重要的作用.驱动蛋白在细胞内运输各种膜细胞器、蛋白复合体、mRNA 等,是实现细胞基本活性的关键蛋白.在大脑的发育、记忆功能的提升以及神经元的活性等方面,驱动蛋白也起着非常重要的作用.驱动蛋白的某些功能缺失很可能导致特定疾病的发生[11].从源头治疗和预防这些疾病,就必须首先深入了解驱动蛋白的结构和功能.2驱动蛋白各部分的结构和功能2.1马达结构域的结构与功能驱动蛋白的马达结构域是整个分子的头部.马达头部主要有两个功能:1)与ATP 结合,催化水解ATP.这是马达头部作为ATP 酶的化学功能;2)与微管结合,并沿微管行走.这是马达头部作为行走机械的力学功能.马达头部的这两个功能是通过把化学过程与力学过程准确配合起来实现的,整个马达头部的结构也是围绕着这两个功能的实现而巧妙地组织起来的.驱动蛋白的一个头部大约由350个氨基酸组成,中心部位由8条平行的β片(β⁃sheet)组成刚性较大的核心部分(见图2).在8条平行的β片的两侧各有3个α螺旋(α⁃helix).这一结构,即在β片两侧有α螺旋包围,被称为Rossman 折叠,是大多数与ATP 结合的蛋白的共同结构特征.与马达头部的两个基本功能相对应,驱动蛋白的头部有两个极为重要的功能位点:一个是微管结合位点,另一个是ATP 结合位点[12].驱动蛋白头部上有3个与ATP 结合和水解密切相关的结构元件:Switch ⁃Ⅰ、Switch ⁃Ⅱ和P ⁃loop,分布在驱动蛋白头部与核酸结合位点附近.而Switch ⁃Ⅱ上的α4、L11、L12、β5以及α6的一部分,构成了主要的微管结合位点.目前,有关驱动蛋白的研究主要围绕着马达头部的两个主要功能的实现机制及其相互关系展开.研究者们努力要找出实现每个功能的结构基础.关于马达头部的ATP 酶功能的最新研究表明,在ATP 结合位点的后门区的两个高度保守的带电氨基酸与两个水分子相互配合,实现了较长距离的质子转移,最终引发了ATP 分子最后一个磷酸基团的脱离,从而完成了ATP 的水解[13].关于马达头部的力学功能的研究涉及众多的MotordomainHeadsNeck LinkerHinge 1N ⁃terminalHinge 2StalkHinge 3C ⁃terminalTail Domain图2驱动蛋白马达结构域的结构Fig.2The structure of kinesin ’s motor domain534第6期刘书霞等：驱动蛋白的结构与功能研究课题,其中一个核心性的问题是马达的力学态与化学态的相互关系.马达头部的力学态包括与微管蛋白的弱结合态、强结合态、脱离态和向前运动的状态.马达的化学态包括与ADP的结合态、释放ADP形成的空态、ATP结合态及ATP水解态.已经有实验表明,当马达头部处于ADP结合态时,它的力学态是与微管的弱结合态.而在其他的化学态,其对应的力学态是与微管的强结合态[14,15].马达头部与微管的结合是通过各种分子间非键相互作用实现的,这些弱作用主要包括氢键、阳离子⁃π、π⁃π、盐键和疏水相互作用等.马达与微管结合的强弱取决于不同状态下这些弱作用的差别.我们依据不同状态下马达与微管相互关系的结构信息,对不同化学态下马达头部与微管之间的各种非键相互作用进行了系统的分类和查找,并对有关的相互作用能量逐一进行了定量计算[16~18].我们的计算结果表明,在ATP结合态和ADP 结合态下马达头部与微管蛋白之间的分子间相互作用总能量相差-246.62kJ/mol.这个结果意味着驱动蛋白处于ATP结合态时与微管的相互作用确实明显强于ADP结合态时与微管的相互作用.这与有关的实验结果是一致的.马达的力学态与化学态的关系不只涉及到一个头部的化学态和力学态的耦合关系,还涉及到两个头部的不同化学态与力学态之间的复杂配合关系,因为在马达的周期运动中每个头都要经历完整的化学力学循环.关于驱动蛋白两个头部的运动方式,目前普遍接受的是所谓hand⁃over⁃hand模型.在这个模型中,马达的两个头部像人的两条腿一样交替前进,一个马达头部与微管结合,另一个马达头部才从微管上脱离.每个头部前进一步要运动16nm,而整个驱动蛋白前进一步的距离是8nm[1,19].在驱动蛋白的化学力学循环过程中马达头部大都处于与微管结合的状态[20,21],这保证了驱动蛋白沿微管连续地运动.已经有实验表明,在马达运动的一定阶段,两个头部之间会存在内部应力.当这种内部应力很强的时候,处在前面的马达头部不能与ATP相结合.这意味着驱动蛋白的两个头部的化学力学态之间有明确的控制关系[22~24].2.2颈链的作用驱动蛋白颈链连接着马达头部与茎部.在驱动蛋白的周期性运动中,颈链要不断地经历从与马达结构域的非对接态到对接态的变化.在整个驱动蛋白中,颈链所经历的构象变化是最大的.它的构象变化对整个马达的运动有着非常重要的影响.驱动蛋白的生物学功能是抵抗一定的负载力沿着微管向前运动.因此,如何产生抵抗负载的力一直是驱动蛋白研究的一个核心性问题.现有的研究表明,处于前面的马达头部的颈链由非对接态到对接态的构象变化过程是一个关键的力产生过程[1,25,26].因此,颈链是力产生的关键元件.由约14个氨基酸构成的颈链可分为3个组成部分,即3个起始氨基酸构成的半螺旋(extra turn)、β9和β10.颈链的对接要有两个条件,一个是马达头部要结合ATP,一个是马达头部要与微管结合[1,25,27].此外,实验上还发现结合了ATP的马达头部相对于微管会发生逆时针的转动[28].这些重要的实验事实为理解颈链的对接过程如何启动提供了基础.颈链的对接是从3个起始氨基酸形成半螺旋结构开始.颈链的对接过程一直要抵抗一定的阻力,而对接过程的启动阶段要抵抗的阻力会更大一些,因为此时后面的头部还与微管有一定的吸引作用[29,30].我们的研究表明,在颈链对接的启动阶段推动3个氨基酸形成半螺旋结构的力来自两个方面,一个是马达头部逆时针转动作用在颈链起始部分的向前的力,一个是颈链起始部分的疏水氨基酸与马达头部的疏水作用.这两方面的作用相互配合,完成了颈链对接的启动过程.对接过程的第二个阶段是β9的对接.Hwang等的研究表明,β9的对接不是由β9单独完成的,而是通过与马达N端的β0形成一个叫做“CNB”的特殊β片结构来实现的[31].CNB结构在非对接和对接两种状态下有一定的自由能差,这个自由能差推动着CNB完成了颈链对接的第二个阶段.颈链对接的最后一个阶段是β10的对接.β10对接的启动力目前还不十分清楚.β10上的氨基酸与马达头部氨基酸形成的骨架氢键和疏水作用是稳定β10对接状态的关键因素[32].特别重要的是,这两种作用有着相互加强的巧妙配合关系.2.3缠绕螺旋的特殊结构驱动蛋白的茎部是由两条α螺旋相互缠绕组成的缠绕螺旋结构,中间有3个非规则结构区域形成较柔软的铰链(见图1).驱动蛋白多数形成二聚体结构,二聚体的两个头部通过茎部的二聚化结构域相互连接在一起.535生命科学研究2013年缠绕螺旋是一种典型的蛋白质功能结构.在这种结构中,氨基酸的排列大致呈现出七个一重复的典型特征[8，33].在这些七重的氨基酸序列中,氨基酸的位置分别用字母a到g依次标记.其中a和d的位置大都是疏水氨基酸且排列在内侧,在缠绕螺旋的内侧形成了疏水区.在其他的位置上通常会有等量的电性相反的带电氨基酸分布在缠绕螺旋的外侧.有学者认为,缠绕螺旋的力学稳定性主要靠这些疏水氨基酸的疏水作用和带电氨基酸之间的静电相互作用来维持[34].驱动蛋白缠绕螺旋的起始部分由两个特殊的七重序列构成.这两个七重序列中,除a和d两个位置外的其他位置的氨基酸几乎都是带电氨基酸,而且带正电的氨基酸明显居多[35].这两个七重序列组成的缠绕螺旋颈部具有超常的力学稳定性.在驱动蛋白的整个运动过程中,缠绕螺旋一直保持不被打开,其原因就是颈部具有超常的力学稳定性[6,35].缠绕螺旋的后半部分亮氨酸居多,大约占整个缠绕螺旋的四分之一,有人称这部分为亮氨酸拉链[34,36].驱动蛋白缠绕螺旋颈区的氨基酸序列相对很保守.有研究表明,在驱动蛋白两个马达结构域向前运动过程中,缠绕螺旋颈区在调控驱动蛋白向前运动过程上起了关键的作用[6,37].同时还发现,如果将缠绕螺旋颈区的个别氨基酸突变,增加带正电的氨基酸,驱动蛋白的运动长度会比野生型马达运动长度更长,但是ATP酶的活性和马达的运动速度没有改变.相反,若在缠绕螺旋颈区增加带负电的氨基酸,就会减短马达运动的长度[37].驱动蛋白缠绕螺旋的颈区主要带正电,而微管蛋白的C端带有大量的负电荷.缠绕螺旋的颈区对马达运动持续性的调节作用有可能是通过与带负电的微管蛋白C端的静电相互作用实现的[37].2.4尾部的结构和作用驱动蛋白的尾部由重链上的两个球形结构组成.驱动蛋白的尾部是可以变化的,即相对没有那么保守.两种马达蛋白有相同的马达结构域,但是可以有完全不同的尾部区域,以达到运输不同“货物”的目的.马达蛋白通过它们各种各样的尾部结合“货物”,不同的尾部将结合不同的“货物”.有的马达蛋白还通过附加的轻链来间接地结合“货物”,不同的“货物”运输过程也不相同[38].尾部结构域带负电的地方往往是“货物”结合位点.马达蛋白与“货物”之间的相互作用往往是通过它的轻链调节的.有些“货物”与马达的尾部直接结合,有些“货物”间接与马达的尾部结合.同一种马达可以与“货物”有不同的结合方式.例如KIF5蛋白尾部重链的C端可以直接与“货物”结合,同时还可以与KLC的N端相结合,随后KLC的C端再结合“货物”.马达的尾部可以和很多种“货物”有相互作用,以保证运输“货物”的多样性,比如突触囊膜、线粒体、轴突、mRNA、溶酶体等[39].最新的实验研究表明,重链尾部的几个相对保守的氨基酸有一个重要的作用:在马达不运送“货物”的时候与马达的两个头部同时形成紧密的结合,锁住了马达的力学化学循环,以防止马达出现“空载”[39].驱动蛋白是目前知道的最小的马达蛋白,是支持生命活动的最基本单元.驱动蛋白各部分相互协调地工作,保证了有机体正常的生物学功能.关于分子马达的研究激发了物理学、化学、医学等多个其他研究领域的大量的研究工作.特别是关于驱动蛋白的研究推动单分子测量技术取得了重要的进步.为了验证关于驱动蛋白的hand⁃over⁃hand模型,美国加州大学旧金山分校的Vale教授领导的研究组将单分子位置测量的空间分辨率提高到了1.5~3nm[19].随后,美国Lawrence Berkeley 国家实验室的Sindelar等科学家将驱动蛋白原子分布密度的低温电镜测量分辨率提高到了8~9Å[39].就目前来讲,关于驱动蛋白的结构特征、ATP催化机制、力产生机制等一些重要问题的研究都取得了重要的进展.随着研究的深入以及实验技术和计算机模拟技术的提高,彻底了解驱动蛋白的运动机理已经为期不远了.参考文献(References):[1]RICE S,LIN A W,SAFER D,et al.A structural change in thekinesin motor protein that drives motility[J].Nature,1999,402(6763):778⁃784.[2]SVOBODA K,SCHMIDT C F,SCHNAPP B J,et al.Directobservation of kinesin stepping by optical trapping interferom⁃etry[J].Nature,1993,365(6448):721⁃727.[3]VALE R D.The molecular motor toolbox for intracellulartransport[J].Cell,2003,112(4):467⁃480.[4]HIROKAWA N,NITTA R,OKADA Y.The mechanisms ofkinesin motor motility:lessons from the monomeric motorKIF1A[J].Nature Reviews Molecular Cell Biology,2009,10(12):877⁃884.[5]VALE R D,MILLIGAN R A.The way things move:lookingunder the hood of molecular motor proteins[J].Science,2000,288(5463):88⁃95.[6]THORN K S,UBERSAX J A,VALE R D.Engineering theprocessive run length of the kinesin motor[J].The Journal of 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分子马达肌球蛋白动力冲程研究进展
·20 ·现代物理知识分子马达肌球蛋白动力冲程研究进展王志坚生命在于运动，机体的一切活动，从肌肉收缩、细胞内部的运输、遗传物质(DNA)的复制、一直到细胞的分裂等等，追踪到分子水平，都是源于具有马达功能的蛋白质大分子做功推动的结果，因此它们称为分子马达或马达蛋白。
到目前为止，已有上百种的分子马达被确定，它们在生物有机体内执行着各种各样的生物功能。
分子马达都是沿着相应的蛋白丝运动，这些蛋白丝起着轨道的作用。
对于真核细胞，最常见的为肌球蛋白马达(Myosin)，驱动蛋白马达(Kinesin)和动力蛋白马达(Dynein)三大家族系。
肌球蛋白和肌动蛋白结合称为肌动球蛋白(acto-myosin)。
当肌肉收缩时，肌球蛋白沿肌动蛋白丝(actin filament)滑动。
而驱动蛋白和动力蛋白都沿着微管(microtubule)运载囊泡(vesicles)和细胞器(organelles)等运动。
1. 肌球蛋白的结构肌球蛋白是长形不对称分子，形状如“Y ”字，长约160nm 。
电子显微镜下观察到它含有两条完全相同的长肽链和两对短肽链，组成两个球状头部和一个长杆状尾部。
肌球蛋白分子量约460kD ，长肽链的分子量约240kD ，称重链；短链称轻链。
将肌肉肌球蛋白用5, 5′-二硫双(α-硝基苯甲酸，DTNB)处理后放出的一对轻链，称为DTNB 链，分子量约18kD ；另两条轻链只有在酸碱度(pH=11.4)的条件下才能分离出来，称碱性轻链，分子量分别为25kD 和16kD 。
非肌细胞如黏菌的肌球蛋白的形状和结构与肌细胞的肌球蛋白非常相似，但它不存在DTNB 链，两对不同的轻链称必需轻链(essential light chain)和调节轻链(regulatory light chain)，分子量分别为16kD 和18kD 。
在肌球蛋白超家族中，不管其来源如何，其头部区域都有相当高的同源性，特别是ATP 和肌动蛋白的结合位点非常保守。
《驱动蛋白动力学特性研究》范文
《驱动蛋白动力学特性研究》篇一一、引言驱动蛋白是一种具有特殊功能的蛋白质分子，在细胞内起到关键的运输和机械调控作用。
了解其动力学特性对探究细胞运动、分裂以及其它生命过程至关重要。
因此，研究驱动蛋白的动力学特性已经成为生命科学研究领域的热点。
本文将重点对驱动蛋白的动力学特性进行探讨和研究，旨在更深入地理解其分子运动和功能机制。
二、驱动蛋白的结构与功能驱动蛋白主要存在于细胞内部，负责运输细胞内物质和调控细胞运动。
它们具有独特的结构，包括马达域、货物结合域以及连接域等。
其中，马达域负责与微管结合并产生动力，货物结合域则负责与需要运输的货物结合，而连接域则起到连接马达域和货物结合域的作用。
三、驱动蛋白动力学特性的研究方法研究驱动蛋白动力学特性的方法主要包括实验方法和模拟方法。
实验方法主要包括荧光显微镜技术、单分子力谱技术等，通过观察驱动蛋白与微管、货物等分子的相互作用，分析其动力学特性。
模拟方法则利用计算机技术对驱动蛋白的分子结构和运动过程进行模拟，以更深入地理解其动力学特性。
四、驱动蛋白动力学特性的研究进展近年来，随着实验技术和计算机模拟技术的发展，对驱动蛋白动力学特性的研究取得了显著进展。
研究发现在不同条件下，驱动蛋白的运输速度、运输效率以及与微管、货物等分子的相互作用都存在差异。
此外，研究还发现驱动蛋白在细胞内运输过程中具有高度的协调性和适应性，能够根据细胞内环境的变化调整自身的运动状态和功能。
五、驱动蛋白动力学特性的应用驱动蛋白动力学特性的研究不仅有助于深入理解细胞内物质的运输和细胞运动等生命过程，还具有广泛的应用价值。
例如，在药物设计和疾病治疗方面，通过研究驱动蛋白的动力学特性，可以开发出针对特定疾病的药物靶点，为疾病治疗提供新的思路和方法。
此外，在生物工程和人工合成生物学领域，可以借鉴驱动蛋白的分子结构和运动机制，设计和构建具有特定功能的纳米机器或人工细胞等。
六、结论总之，研究驱动蛋白的动力学特性对于理解细胞内物质的运输、细胞运动以及其它生命过程具有重要意义。
驱动蛋白超家族作为肺癌潜在生物标志物和治疗靶点的研究进展
驱动蛋白超家族作为肺癌潜在生物标志物和治疗靶点的研究进展
驱动蛋白超家族（Driver protein superfamily）是一类具有重要生物功能并参与细胞信号传导的蛋白质家族。
在肺癌研究中，驱动蛋白超家族作为潜在的生物标志物和治疗靶点引起了广泛的关注。
以下是一些相关研究进展：
1. EGFR（表皮生长因子受体）超家族：EGFR是肺癌中最常见的驱动蛋白之一。
已有多项临床研究表明，使用EGFR抑制剂，如吉非替尼、埃克替尼等，对EGFR突变的肺癌患者具有良好的治疗效果。
此外，EGFR抗体药物如西妥昔单抗也被用于治疗非小细胞肺癌。
2. ALK（酪氨酸激酶）超家族：ALK基因融合是肺癌中另一个重要的驱动蛋白变异。
针对ALK融合基因的靶向药物，如克唑替尼和艾法替尼，已被批准用于治疗ALK阳性非小细胞肺癌。
3. ROS1超家族：ROS1基因融合是肺癌中较罕见的驱动蛋白变异。
研究表明，针对ROS1融合基因的靶向药物如克唑替尼、洛塞替尼等具有显著的治疗效果。
4. KRAS（Kirsten突变基因）超家族：KRAS基因突变在肺癌中非常常见，但长期以来缺乏有效的靶向治疗方法。
近年来，针对KRAS突变的靶向药物，如克拉帕替尼等，开展了一些临床试验，取得了一些初步的治疗效果。
需要指出的是，尽管驱动蛋白超家族在肺癌中的突变具有重要意义，目前仍然存在一些挑战。
例如，治疗耐药性的产生、次级突变、药物副作用等问题。
因此，尚需进一步的研究和临床试验，以改进肺癌患者的个体化治疗策略。
同时，与驱动蛋白超家族相关的生物标志物的挖掘和临床应用也需要深入研究，以提高肺癌的早期诊断和治疗效果。
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Ｖ０ １ ．１ ２ Ｎｏ ． １
Ｊ ａ ｎ ．２ ０ １ ３
驱 动 蛋 白及 其 作 用 研 究 进 展
刘 梅 ， 徐 娜 ， 阮世 龙 ， 孙 学松 ， 胡健饶
（ 杭 州 师 范大 学 生 命 与环 境 科 学 学 院 ， 浙江 杭州 ３ １ ０ ０ ３ ６ ）
摘
要 ：驱动 蛋 白是 一 种 非 常 重 要 的 细 胞 内运 输 “ 货物” 的分子 马达 ， 它 沿 着 微 管 运 动 来 行 使 其 功 能． 介 绍
白 （ ｋ ｉ ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ ）是蛋 白质运 输和 细胞 内膜泡运 输 的动力 之一 ， 可 以把 核糖 核 蛋 白体 （ Ｆ ＮＰ ）、 蛋 白复合 体 以 及 细胞器 运输 到生 物体需 要 的特定 部位 ］ ， 除 了具 有上述 功能 之外 ， 它们还 参与 牵拉线 粒体进 行运 动及 细 胞 的迁 移过 程 ］ ． 细胞器及 生物 大分 子物质 在细胞 内的定 位与 驱 动蛋 白的 功能 密切 相 关 ， 任一 物 质 的错 误定 位都会 影 响其 功 能的发 挥 ， 甚 至可 能导致 细胞 和个 体 的死亡 ． 由此可 见 ， 生物 正 常 生命 活动 的进行 及 人类 疾病 的发生在 一定 程度 上与驱 动蛋 白有关 ， 因此 ， 对驱 动蛋 白功能 的深 入研究 可为解 释生物 生命 活动
了驱 动 蛋 白 的结 构 、 运动及物质运输机制 、 在 精 子 发 生 过 程 中的 功 能 以及 在 抑 制 癌 症 过程 中 的作 用 ， 并 对 驱 动 蛋
白及 其 作 用 研 究 存 在 的问 题 进 行 了 探 讨 ， 为 今 后 更 进 一 步 深 入 研 究 和 认 识 驱 动 蛋 白提 供 有 价 值 的 新 信 息 、 新
达 结构域 在 中间 的 Ｍ— ｋ ｉ ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ和 马达结 构 域 在 Ｎ 末 端 的 Ｎ－ ｋ ｉ ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ ． 大 多数 的驱 动蛋 白是 属于 Ｎ 一 末 端 的
Ｎ— ｋ ｉ ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ ， 结 合其 它一些 相关 特征 ， 可 以将 Ｎ — ｋ ｉ ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ进一 步分 成 １ １个 种类 ， Ｍ— ｋ ｉ ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ只有 １个 种类 ， Ｃ —
思 路．
关键词 ： 驱 动 蛋 白； 微管 ； 功５ ６ ； Ｑ７ １ 文 献标 志码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ６ ７ ４ — ２ ３ ２ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ ｌ 一 ０ ０ ４ ０ — ０ ５
分子 马达 （ ｍｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ）是生 物体 细胞 内一类 具 有 马达 功能 的蛋 白质 大 分 子 ， 在 生物 体 的 生命
ｋ ｉ ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ有 ２个 种类 ［ １ ］ ． 驱 动蛋 白广 泛存 在 于生 物 体 内 ， 它们 参 与 了大 量 的生 命 活动 过程 ， 能 利用 ＡＴ Ｐ水
解 所产 生 的能量参 与 Ｄ ＮＡ遗 传物 质 的复制 ， 遗 传物 质 的转录 、 翻译 以及 细胞 分 裂等 过程 ］ ． 此外， 驱动 蛋
活动 中为 细胞 内物质 的运输 提供 动力 ， 它们可 以沿着 肌动 蛋 白纤 维和 微管 向两极 运送货 物． 驱 动蛋 白 （ ｋ ｉ — ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ ）是 一类能 利用 Ａ ＴＰ水解 所释放 的 能量 驱 动 自身 及所 携 带 的货 物 分 子沿 微 管 运动 的马 达蛋 白 ， 与 细胞 内物 质运输 有关 ＿ １ ］ ， 是１ ９ ８ ５ 年 美 国加 州大 学 的 Ｖａ ｌ ｅ等 首 次在 鱿 鱼 和哺乳 动 物 神经 组 织进 行 蛋 白 生化 分馏 实验 中发现 的． 到 目前 为止 ， 在人和 小 鼠体 内共 发现 ４ ５种驱 动蛋 白， 它 们分属 １ ４个 蛋 白家族 ］ ． 根 据马达 结构 域在 重链上 的位 置不 同 ， 将驱 动蛋 白划分 为 ３ 种类型： 马达 结构域 在 Ｃ末 端 的 Ｃ — ｋ ｉ ｎ ｅ ｓ ｉ ｎ ， 马
第 １期
刘
梅， 等： 驱 动蛋 白及其 作用 研究进 展
４ １
用低 角 度旋转 投影 （ １ ｏ ｗ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｒ ｏ ｔ ａ ｒ ｙ ｓ ｈ ａ ｄ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ）电子显微 镜技 术观 察发 现 ： 驱 动蛋 白分 子通 常是一 条长 ８ ０ ｎ ｍ 的杆状 结构 ， 其 中一端 是 驱动蛋 白的头部 （ ｈ ｅ ａ ｄ ｓ ）， 由 ２个 直径 １ ０ ｎ ｍ 的球 状 结构 组成 ， 另 一端 是 呈扇 形 的尾部 （ ｆ ａ ｎ ｌ ｉ ｋ ｅ ｅ ｎ ｄ ）， 连 接头 部和 尾部 的铰链 区呈 杆状 ， 是驱 动蛋 白的颈部 （ ｓ ｔ ａ ｌ ｋ ｄ ｏ ｍａ ｉ ｎ ）， 球状 的头 部 和杆状 的颈 部是 由重链 聚 合而 成 ， 扇 状 的尾部 则是 由重链 和轻 链组 成． 球 状头 部 的马达结 构域 上具 有 ＡＴＰ结合 位点 和微 管结 合位点 ， 驱 动蛋 白的 颈部 区域 比较柔 韧 ， 能 够 改 变 自身 的运 动 方 向 ， 尾 部能 够 识别 膜状 细胞 器及 囊泡 物质 ， 主要 负 责细 胞 内货 物 的绑 定 ． 驱 动 蛋 白家族 成 员 都 拥 有 家族 的一 个公 共 元 件—— 马达结 构域 ， 由３ ５ ０个 氨基 酸组 成 ］ ．
现象 和探究 人类疾 病病 理提 供理论 依据 ．
１ 驱 动蛋 白的结 构
驱动 蛋 白是 由驱 动蛋 白单体 组成 的多聚 体 ， 其 典型 的结构 包括两 条重链 （ ＫＨＣ） 和两条轻 链 （ ＫＬ Ｃ） ．
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － ０ ４ — １ ３ 通信作者 ： 胡 健饶 （ １ ９ ６ ７ 一） ， 男， 副 教授 ， 博士 ， 主要 从 事 动 物 发育 及生 殖 生 物 学 研 究． Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｈ ｕ ｊ ｉ ａ ｎ ｒ ａ ｏ ＠１ ２ ６ ・ ｃ ｏ ｍ
第１ ２卷 第 １期 ２ ０ １ ３年 １月
杭州 师范大 学学 报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）