Myosin V定态持续及不等间距跃迁动力学研究

摘要

Myosin V广泛存在于神经细胞以及色素细胞中。它们担负多种形式的胞内运输，当它们的输运出现问题时将会导致毛发变白或神经系统的崩溃。Myosin V属于肌球蛋白超大家族中的一员，是非传统的肌球蛋白，Myosin V的显著特点是它不同于其它肌球蛋白集体协作式的运动。其运动机制和驱动蛋白类似，是一种持续性蛋白马达。Myosin V能够在“脱轨”之前经历许多次催化水解同时沿微丝（actin filament）一步一步运动长达几微米。目前，Myosin V已成为肌球蛋白家族中最重要的研究对象之一。 Myosin V具有独特的结构特征和运动特征，在最近几年吸引了许多研究者的注意力。随着单分子荧光技术和光钳技术的发展，不但可以清晰地观察到马达蛋白的结构，还可以观察到Myosin V 沿肌动蛋白微丝以一种“Hand-over-Hand”的形式向正极（barbed end）一步一步做定向运动，并且每一步长度大约是36nm，这么大的步长恰好和肌动蛋白微丝的周期长度相一致，Myosin V每向前运动一步都伴随着一个ATP分子的水解，因此，myosin V的运动具有周期性。Myosin V将ATP水解产生的化学能转化为机械能，来实现它对“货物”的输运。 近几年来，Myosin V一系列跃迁模型相继建立起来，比如弹性杆臂模型，两态随即跃迁模型，三态随机跃迁模型，但从生物化学观点来看，Myosin V分子在一个力学化学周期中经历了多个中间状态。目前，一般认为一个力学化学周期中经历了五个中间态是合理的。为此，本文在五态跃迁模型下着重讨论了Myosin V的在马达拖动负载时持续向前运动的定态跃迁，得到了稳态漂移速度随着ATP浓度的理论变化曲线，同实验结果进行了比较，结果表明：理论曲线与实验基本吻合，较好的说明了马达在拖动负载运动时的各种动力学行为。另外本文还运用一维N态随机跃迁的理论推导出在马达拖动负载时五态跃迁的稳态弛豫时间同ATP浓度和负载力的函数关系曲钱，并且同实验结果进行了比较，这样有助于我们对Myosin V动力学更进一步的理解。在附录B中，我们还对分子马达的力能学做了初步讨论。