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分子马达 分子马达 定义 大小为纳米级且可以像马达一样通过能量转化做功的一类蛋白 原理 ATP 三磷酸腺苷 水解释放的化学能通过分子构象变化转换为机械能 优点 它的化学能可以直接转换为机械能而不经过中间的热能或电能等 ATP结构图 分子马达 线性分子马达 旋转分子马达 驱动蛋白 动力蛋白 对肌球蛋白 驱动蛋白 驱动蛋白是1985年从鱿鱼的轴质 axonplasm 中分离的一种发动机蛋白 驱动蛋白是一个大的复合蛋白 由几个不同的结构域组成 通过结合和水解ATP 导致颈部发生构象改变 使两个头部交替与微管结合 从而沿微管 行走 将 尾部 结合的 货物 运输泡或细胞器 转运到其它地方 由负极向正极移动头部 产生动力尾部 货物结合部位 动力蛋白 动力蛋白在1936年对纤毛和鞭毛运动的研究中被首次发现和命名 在有丝分裂中具有复杂的功能 参与核膜破裂 纺锤体组装 染色体运动 纺锤体检查点失活等 负端指向分子马达正端指向分子马达 对肌球蛋白 肌球蛋白 myosin 肌原纤维粗丝的组成单位 存在于横纹肌和平滑肌中 在肌肉运动中起重要作用 其分子形状如豆芽状 由两条重链和多条轻链构成 两条重链的大部分相互螺旋形地缠绕为杆状 构成豆芽状的杆 重链的剩余部分与轻链一起 构成豆芽的瓣 旋转分子马达旋转分子马达是有生物大分子构成 因为它体积小 能量的转化效率高 而且可以进行逆向运动 所以马达研究领域本身的研究人员 对于这一分子转换机制都很感兴趣 旋转分子马达主要包括ATP合酶 细菌鞭毛以及各种门马达等等 其中ATP合成酶是主要研究对象 旋转分子马达 旋转分子马达 ATP合成酶有时也被称为F ATP合成酶 是具有代表性的旋转分子马达 ATP合成酶是合成ATP的基本场所 也是生物体能量转化的核心酶 它广泛存在于线粒体内膜 如图所示 细菌的浆膜以及叶绿体的类囊体膜之中 旋转分子马达 这种旋转分子马达是合成能源物质ATP的关键物质 右图所示为ATP合成酶的分子结构 这种蛋白质包括两部分 可溶部分F1及一个与膜结合部分F0 不同来源的ATP合成酶基本上有相同的亚基组成和结构 它们都是由多亚基组成 旋转分子马达 FI马达既能水解ATP又能合成ATP F0马达既可作为离子涡轮机又可作为离子泵 当FO马达比较强时 它利用横跨膜的粒子电化学势在相反的方向上产生旋转的扭力矩 离子进入麒内 此时合成ATP 当F1马达比较强时 它利用ATP水解产生扭力矩 同时使在电化学梯度下作为离子泵释放离子 旋转分子马达以两种不同的方式把化学能转化为机械能 所以 它表现出两个主要的能量转导途径 它可能是自然界发现的最小的分子马达 其运转效率几乎接近100 旋转分子马达 旋转分子马达 是合成ATP的基本场所是生物体能量转化的核心酶参与氧化磷酸化和光合磷酸化在跨膜质子动力势的推动下催化合成ATP也可以水解ATP而充当质子泵 ATP合酶的作用 旋转分子马达 旋转马达高效性是十分有吸引力的研究领域 科学家在这一领域已取得了很大的成绩 高效性的原因简述如下 1 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Y轴上 支持Y轴的疏水套筒和轴几乎无摩擦 2 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44pN nm 3 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反冲 旋转分子马达 所以说 F1马达既可以水解ATP又可以合成ATP F0既可以作为涡轮机又可以作为离子泵 旋转分子马达以两种不同的方式把化学能转