世界上最小的馬達

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　　-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的能源機制啟發下，製造出的一種馬達。這種微型馬達以三磷酸腺苷酶為基礎，依靠為細胞內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奈米馬達molecular motor***nano-mot-motor,NMM***,是由生物大分子構成，利用化學能進行機械做功的奈米系統。

　　研究人員把金屬鎳製成的 螺旋槳嫁接到三磷酸腺苷酶分子中軸上。當它們被浸於 ATP溶液後，其中5個分子馬達轉動了起來，轉速達到每秒鐘8轉。據介紹，這種馬達只有在顯微鏡下才能被觀察到，其鎳螺旋槳長750奈米***一奈米為十億分之一米***。根據拍攝到的畫面，研究人員可以看到一個塵埃粒子先被旋轉的螺旋槳吸入、再被甩出的情景。

　　分子馬達，又名分子發動機，是分佈於細胞內部或細胞表面的一類 蛋白質，它們的 構象會隨著與ATP和 ADP的交替結合而改變，ATP 水解的 能量轉化為 機械能，引起馬達形變，或者是它和與其結合的分子產生移動。就是說，分子馬達本質上是一類 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：驅動蛋白和動力蛋白，它們能夠承載著分子“貨物”-------------如： 質膜微粒，甚至是 線粒體和 溶酶體，在由微管構成的軌道上滑行，起到運輸的作用。

　　肌球蛋白是微絲結合蛋白， 最早發現於肌肉組織，1970年後逐漸發現許多非肌細胞的肌球蛋白。其家族有13個成員，每個成員在 結構上都分為頭，頸和尾部三個部分，形似豆芽，而組成上則有輕重兩種鏈。其中的調節輕鏈是肌球蛋白接受調解的位點，就是說，調節輕鏈的 磷酸化/去 磷酸化狀態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，並在“屈”的時候拉動微絲相對向後運動。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。肌球蛋白非常可能參與了“前進的四個步驟”裡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，提高粘著效率。

　　分子馬達靠很小的增值來工作，轉入蛋白質構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則的運動來通過一段距離。實際上，我們以前已經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。沿重複同一亞單位組成的蛋白絲***如肌纖蛋白和 微管***--在高度親緣關係和低親緣關係間的馬達蛋白質的迴圈，是為使絲狀軌道響應於ATP的結合， 水解。ATP的每一次結合、推動、釋放，都是產生運動的機制。

　　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，這個旋轉的馬達被一個跨膜的蛋白質濃度梯度所驅動，代替被 ATP水解所驅動，一套蛋白質濃度梯度去轉動運動的機理類似於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，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,和一個起調節作用的 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、囊泡和沿微管的 細胞器轉運中起作用，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，有個大於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，並沒有出現這些蛋白質家族之間有意義的關係，但是，在確定它們的三維結構之後，肌球蛋白和kinesins家族的成員之間被發現有顯著的相似性，特別是肌球蛋白和kinesins都包含同源的P-環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NTP酶的AAA子家族的一個成員，我們以前在19S 蛋白解體系統中遇到過該子家族，動力蛋白有6個序列編碼一個沿著它的長段排列的P-環NTP酶整環。從而，可以利用有關G蛋白和其他P-環NTP酶的知識來分析這些馬達蛋白的運動機理。