肌球蛋白

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肌球蛋白与ATP作用
肌球蛋白能够把 ATP水解释放出来的化学能转化为促进肌 动蛋白移动的机械能, 且它能催化ATP水解。一般认为, 肌球蛋 白水解 ATP过程分为以下几个步骤:
肌球蛋白水解 ATP循环的开始, 没 有结合 ATP的肌球蛋白紧紧地以 一种僵直的状态 和肌动蛋白结合 在一起。在活体生命中, 这种状态 极其的短暂, 其很快就会因为结合 ATP而终止。
ATP进入肌球蛋白头部的裂缝(结 合位点) , 肌球蛋白的肌动蛋白结 合位点的构象立刻产生微小变化, 肌球蛋白和肌动蛋白的结合力减 弱。
裂缝像贝壳一样关闭，触发肌球 蛋白头部的巨大变化， 肌球蛋白 的头部在肌动蛋白上移动 5nm, ATP水解, 但 ADP和 Pi并没脱离 肌球蛋白, 肌球蛋白和肌动蛋白的 细丝在新的位置产生弱的结合。
肌球蛋白参与了包括肌肉收缩、趋化性、胞质 分裂、胞饮作用、靶向小包运输及信号传导等内 在的多种细胞活动, 是生物体内很重要的一大类蛋 白。
肌球蛋白的分类与功能
肌球蛋白依据来源不同可以分为传统的肌球蛋白和非 传统的肌球蛋白。 传统的肌球蛋白是指构成肌肉的肌球蛋白，即肌球蛋白Ⅱ， 但是非肌肉细胞也存在肌球蛋白Ⅱ，称为非肌肉肌球蛋白 Ⅱ。 非传统的肌球蛋白是指肌肉中不含有的肌球蛋白，如肌球 蛋白Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，只存在于非肌肉细胞之中；肌球蛋 白Ⅷ，Ⅺ和Ⅻ只存在于植物当中。
通过对不同肌球蛋白的结构总结得出：不管 肌球蛋白的来源如何，其基本结构是 由一条或两 条重链和几条轻链组成。
根据重链在细胞内所起的作用，按照结构和功能 不同可划分三个区域： ① 位于重链的 N末端形成一个球状的头部，含有一 个肌动蛋白结合位点和ATP结合位点的催化区域， 负责释放化学能。 ② 重链的 C末端则形成一个细长的α-螺旋状的尾部， 尾部结构区域含有决定尾部是同膜结合还是同其 它的尾部结合的位点。 ③ 连接头尾的是α-螺旋状的颈部，其与必需轻链、 调钙素或类似钙调素的调节轻链相连，颈部还是 起到水平臂作用的区域。在这个区域中通过 ATP 水解将产生动力冲程，从而实现将化学能转化为 机械能。其中由两个球状的头部和颈部形成的调 节结构区域，称为 S-1( Subfragment 1)。
产生的弱的结合导致 Pi的释放， 这个释放同时引发一个动力冲程, 这个力使肌球蛋白的形状复原, 同 时释放出 ADP 。
肌球蛋白 ATP结合位点的基本结构
肌球蛋白的头部有一个ATP的结合腔, 且它能催化 ATP水解. 研究肌球蛋白中 ATP结合腔的构成及其由哪些氨基酸组成, 有利 于研究肌球蛋白催化 ATP水解机理. 研究表明肌球蛋白 ATP的结 合腔由三个 loop形成: 磷酸结合 loop简称为 P-loop , Switch-1 loop , 和Switch-2 loop . Switch I和 Switch II上的某些氨基酸残基 是 ATP水解的关键, 如 Sw i tch I中的 Arg238, Switch II的 Glu459(盘基网柄菌肌球蛋白 II) 。
一些主要肌球蛋白的功能：
肌球蛋白Ⅰ在生物体内的作用是细胞运动，胞饮作用和泡 液收缩。
骨骼肌肌球蛋白Ⅱ的作用是使骨骼肌肌肉收缩。 肌球蛋白Ⅴ主要功能是靶向小包运输和信使RNA的靶向
运输。
肌球蛋白 Ⅱ
目前研究比较多的是肌球蛋白 Ⅱ 、肌球蛋白 Ⅴ和肌球蛋白Ⅵ，其中以肌球蛋白Ⅱ为最。 肌球 蛋白Ⅱ最早发现于动物细胞的肌肉组织和细胞质 中，它可分为骨骼肌肌球蛋白Ⅱ、平滑肌肌球蛋 白Ⅱ、心肌肌球蛋白Ⅱ、非肌肉肌球蛋白Ⅱa、非 肌肉肌球蛋白Ⅱb等，并广泛存在于肌细胞和非肌 细胞中。前三种肌球蛋白Ⅱ的主要功能是为肌肉 收缩提供驱动力, 它能够把 ATP水解释放出来的 化学能转化为驱动肌肉收缩的机械能。
肌球蛋白的结构
➢ 肌球蛋白 I只有一条重链，尾部较短。 ➢ 肌球蛋白 II形状如“Y”字， 有两条完全相同的
重链，每条重链的颈部也有一条调解轻链，一条 必需轻链，但是重链的尾部较长。 ➢ 肌球蛋白 V形状也如“Y”字，有两条完全相同的 重链，但颈部较长，每条重链的颈部有三条调解 轻链，三条必需轻链，尾部较短，尾部顶端有和 运输物质相结合的位点。
展望
肌球蛋白是生物体内的一大类蛋白，且 在生物体内起着举足轻重的作用。如果对肌 球蛋白的工作机理研究十分成熟，这不但可 以使人们更加了解生命体是如何将化学能转 化为机械能的，同时可以给人们设计分子机 械提供很好的借鉴。如：随着对肌球蛋白 II 研究的深入，可以从机理上解释心肌肥大等 疾病，并通过基因的手段治疗这类疾病；对 肌球蛋白 V和 V I研究的深入，可以仿照其 设计微型的分子传送机。
肌球蛋白
基本概念
肌球蛋白是一种超级大家族的蛋白质。目前发 现的肌球蛋白已经有 24类。它是一类能将化学能 转化为机械能，并沿着一个线性轨道运动的生物 分子。肌球蛋白属球蛋白类，不溶于水而溶于 0.6mol/ml的 KCl 或 NaCl 溶液。它具有酶活性， 通过与肌动蛋白相互作用，水解ATP的末端磷酸 基团，同时也能水解GTP、CTP等 。
肌球蛋白分子结构
肌球蛋白头部三维结构
肌球蛋白马达是肌肉收缩中的关键单元，它通过水解 ATP释放能量沿肌动蛋白丝“轨道”定向运动,大量肌球蛋白 马达协调运动使肌肉收缩。
肌球蛋白马达
肌球蛋白的运动方式
肌球蛋白是一种多功能的蛋白，其主要功能就是为肌 肉收缩提供力。
肌丝滑动学说认为肌肉细丝和肌肉粗丝相互交叠在一起， 肌肉收缩是由于肌肉细丝(肌动蛋白)与肌肉粗丝(肌球蛋白) 发生相对滑动的结果。在肌肉收缩过程中，粗丝和细丝本 身的长度都不发生改变，收缩只是由于细肌丝与粗肌丝的 重叠区域增加了，肌丝滑动的能量由 ATP提供。
ATP结合位点的氨基酸残基
通过X-ray晶体衍射观测ATP类似物和盘基网柄菌肌 球蛋白II结合后的晶体的三维结构, 发现ATP与肌球 蛋白结合位点的氨基酸残基大多数位于23KDa和 50KDa段。可能与ATP结合的氨基酸残基是Ser181 ,
Gly182 , Gly184 , Lys185 , Thr186 , Glu187 , Asn188 , Arg238 , Ser237 , Ser236 , Asn235 , Asn233 , Asn12等, 以及形成对ATP的水解起关键作用的 C left氨基酸残 基Arg238和Glu459。[在肌球蛋白 S-1中存在一个对 ATP水解起到很重要作用的裂缝( C left)，它存在于 ATP结合位点与肌动蛋白结合位点间, 该裂缝不但沟 通了两个活性位点, 且还可能在机械做功时的构型改 变过程中起关键作用]。
摆动杆臂模型认为肌丝滑动时肌球蛋白头部首先以固定的 几何结构与肌动蛋白结合, 肌丝滑动时, 肌球蛋白头部与颈 部的相对位置发生一定的改变, 但头部与肌动蛋白丝的结 合角不变, 颈部相当一根杠杆，通过分子屈伸使肌动蛋白 丝移动. 最近关于肌球蛋白运动方式的研究表明，肌球蛋白 V 与肌球蛋白 V I的运动方式与其它肌球蛋白有点不同，前 者是连续运动的，即任意时刻总有一个头部与肌动蛋白接 触，而不是以跳跃的方式前进的；后者则可以逆肌动蛋白 丝运动。