第一章 第四节 分子马达.ppt

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1、第一章 生物大分子结构及生物物理性质第一节第一节 生物大分子结构生物大分子结构第二节第二节 分子内与分子间的相互作用力分子内与分子间的相互作用力第三节第三节 生物大分子的能态与能量转移生物大分子的能态与能量转移第四节第四节 分子马达分子马达4-0 4-0 简简 介介4-1 4-1 线性马达线性马达4-2 4-2 旋转马达旋转马达4-3 4-3 理论方法理论方法4-0 4-0 简简 介介 分子马达定义分子马达定义分子马达种类分子马达意义 分子马达（分子马达（molecular motor）又称马达蛋白（motor protein）是对一类广泛存在于细胞内部，把化学能直接转换为机械能的酶蛋白大分子

2、的总称（线性、旋转）4-0 4-0 简简 介介 分子马达定义特性：既具有酶的活性又具有运动活性的蛋白质，高效性4-0 4-0 简简 介介 分子马达种类分子马达定义分子马达种类分子马达意义分子马达种类Kinesin,dynein,myosine ATPase,flagellum4-0 4-0 简简 介介 分子马达种类4-0 4-0 简简 介介 分子马达意义分子马达定义分子马达种类分子马达意义 一.澄清分子马达的动力学机制，解释与此有关的生命现象本质,研究分子马达的控制机理对于发现在众多疾病状态中基本细胞的出错过程有着重要的意义(癌症、先天性生理缺陷、耳聋、呼吸系统紊乱以及神经衰弱)物质运输、细胞

3、分化、能量转换、信息传递4-0 4-0 简简 介介 分子马达意义4-0 4-0 简简 介介 分子马达意义二.启发人们研制体积小、效率高、反应速度快的分子器件4-0 4-0 简简 介介4-1 4-1 线性马达线性马达4-2 4-2 旋转马达旋转马达4-3 4-3 理论方法理论方法水解ATP 定向运动 完成生理功能4-1 4-1 线性马达线性马达DNA解旋酶（DNA helices）和RNA聚合酶(RNA polymerase)4-1 4-1 线性马达线性马达4-1 4-1 线性马达线性马达微管微管微丝微丝水解ATP 定向运动 完成生理功能4-1 4-1 线性马达线性马达DNA解旋酶（DNA he

4、lices）和RNA聚合酶(RNA polymerase)4-1 4-1 线性马达线性马达驱动蛋白 和 动力蛋白 将细胞器和各种细胞内物质沿着微管从合成部位快速有效的运送到功能部位，完成各种细胞内外传质功能，如运送细胞器和物质小泡水解ATP 定向运动 完成生理功能4-1 4-1 线性马达线性马达DNA解旋酶（DNA helices）和RNA聚合酶(RNA polymerase)肌球蛋白（myosin），对它的研究可以追溯到1864年，它是人们最早研究的马达之一，主要存在于真核细胞内。4-1 4-1 线性马达线性马达肌球蛋白（myosin）4-1 4-1 线性马达线性马达 Myosin II是构

5、成肌纤维的主要成分之一。由两个重链和4个轻链组成，重链形成一个双股螺旋，一半呈杆状，另一半与轻链一起折叠成两个球形区域，位于分子一端，球形的头部具有ATP酶活性。Myosin V由三个典型的功能部位组成，如图所示。头部区域，包含微丝结合位点和ATP活性位点；颈部区域，长约24nm，由一段螺旋上附以六个钙调蛋白组成；尾部区域，由两条卷曲的螺旋链组成。Myosin V广泛的存在于动物的神经细胞和酵母细胞中。在酵母细胞中，马达把细胞器和mRNA输运到母体中；在动物细胞中，马达负责着黑色素和其它细胞器的输运。4-1 4-1 线性马达线性马达两种运动模型（hand-over-hand）（inchworm

6、）4-1 4-1 线性马达线性马达4-1 4-1 线性马达线性马达4-1 4-1 线性马达线性马达最终确定了hand-over-hand4-1 4-1 线性马达线性马达4-0 4-0 简简 介介4-1 4-1 线性马达线性马达4-2 4-2 旋转马达旋转马达4-3 4-3 理论方法理论方法旋转马达定义旋转马达定义旋转马达种类旋转马达种类旋转马达进展旋转马达进展4-2 4-2 旋转马达旋转马达旋转分子马达 由定子和转子组成,依靠定子和转子之间的旋转运动完成特定生物学功能的酶蛋白大分子的总称。4-2 4-2 旋转马达旋转马达旋转马达定义旋转马达定义旋转马达种类旋转马达种类旋转马达进展旋转马达进展4

7、-2 4-2 旋转马达旋转马达4-2 4-2 旋转马达旋转马达4-2 4-2 旋转马达旋转马达F-ATP合酶是合成ATP的基本场所，也是生物体能量转化的核心酶。在跨膜质子势的推动下催化合成ATP，也可以通过水解ATP蓄积质子势。F04-2 4-2 旋转马达旋转马达4-2 4-2 旋转马达旋转马达连续性、高效性和协调性连续性、高效性和协调性 机械和化学过程之间的结合很紧密，这样熵的损失很小；弯曲的亚基紧紧的耦合在转动的轴上，支持轴的疏水套筒和轴几乎无摩擦；要求水解循环产生一个近乎常数的力矩，实验证明力矩大小约为44pNnm；在合成过程中，有顺序的打开氢键也几乎是不损失能量的，因为没有很突然的弹性

8、反冲；各个亚基在机械和化学的循环中相互协调，使在合适的角度接收ATP或释放Pi。4-2 4-2 旋转马达旋转马达旋转马达定义旋转马达定义旋转马达种类旋转马达种类旋转马达进展旋转马达进展4-2 4-2 旋转马达旋转马达 美国康奈尔大学的研究小组以ATP合酶为基础制造出了一种分子器件 日本研究人员将微丝和ATPase的F1部分耦合，制备出能够连续不断旋转的分子器件4-2 4-2 旋转马达旋转马达 2000，加州大学洛杉矶分校的研究小组利用ATP合酶驱动了一个超微螺旋推进器14纳米4-2 4-2 旋转马达旋转马达4-0 4-0 简简 介介4-1 4-1 线性马达线性马达4-2 4-2 旋转马达旋转马

9、达4-3 4-3 理论方法理论方法4-3 4-3 理论方法理论方法 分子马达运动机制的解释，目前主要是把分子马达看作是布朗粒子，利用非平衡态统计模型来研究。描述布朗粒子的动力学方程朗之万方程。分子马达可看作是系统环境中无规则运动的布朗粒子，据牛顿第二定律4-3 4-3 理论方法理论方法布朗运动的朗之万方程 布朗粒子以速度v在介质中的运动，介质分子对布朗粒子的作用力分成两类：一类粘滞阻力，布朗粒子的运动受到介质分子的碰撞，这一摩擦阻力-v来表示。另一类为涨落力，介质分子对布朗粒子杂乱无章的碰撞的作用产生的效果用F(t).布朗粒子的运动方程为：上式为Langevin equation单位质量的阻尼系数 和 分子碰撞涨落力(也叫朗之万力)下课了下课了