（新）细胞生物学课件（翟中和第四版2）.pptVIP

六、微管对细胞结构的组织作用 包括蛋白质和mRNA在内的各种生物大分子、内质网和高尔基体等细胞器在细胞内通常都有特定的空间分布，而线粒体总是被运往细胞内能量需求较大的部位发挥作用。 微管的极性与细胞内的物质运输密切相关。物质沿着微管定向转移为细胞内各种细胞器和生物大分子的不对称分布以及细胞的形态发生与维持都提供了可能。 七、细胞内依赖于微管的物质运输 真核细胞内一些生物大分子的合成部位与行使功能的部位往往是不同的，因此，必然存在精细的物质转运系统和分选机制。在微管和一些模性细胞器之间常常会出现一些横桥样结构。许多细胞器或膜状小泡在细胞内沿着微管作定向运动。这种依赖于微管的膜泡运输是个需能的靶向过程。 依赖于微管的马达蛋白主要有驱动蛋白和胞质动力蛋白，它们能将储存于ATP中的化学能转化成机械能，沿着微管运输“货物”。 （一）驱动蛋白及其功能 （二）细胞质动力蛋白及其功能 在轴突内部的微管和膜性细胞器之间有马达蛋白构成的横桥（箭头所指）相连（图10-25） （一）驱动蛋白及其功能 1.驱动蛋白的分子结构与功能 驱动蛋白（kinesin）：指能利用ATP水解所释放的能量驱动自身及所携带的“货物” （如膜性细胞器）沿微管运动的一类马达蛋白，与细胞内物质运输相关。 驱动蛋白的分子结构：在结构上与Ⅱ型肌球蛋白相似（如驱动蛋白-1），由2条具有马达结构域的重链（KHC）和2条与重链的尾部结合的具有“货物” 结合结构域的轻链（KLC）组成。驱动蛋白分子是一条长80nm的杆状结构，由头部（即重链的N端，具有2个球状的马达结构域）、颈部（重链）、杆状区（重链）和扇形尾端（即重链的C端和轻链构成，具有“货物” 结合结构域）组成。 驱动蛋白分子重链和轻链结构模式图（图10-26） 驱动蛋白超家族蛋白（KIFs）成员：已经确定的有14个家族（1~14阿拉伯数字表示，其中的亚族用英文字母表示）和一个暂时未成组的“orphan kinesin”。 大部分驱动蛋白可通过多肽链上一段卷曲螺旋相互作用而形成同源二聚体，有的可形成异三聚体或同源四聚体。 驱动蛋白的行为与其马达结构域在多肽链中的位置有关：① N-驱动蛋白：（KIF1~12家族）马达结构域在N端，向正极端移动；② M-驱动蛋白：（KIF13家族）马达结构域在中部，结合在微管的正极端或负极端，使得微管处于不稳定状态（动粒微管两端的解聚）；③ C-驱动蛋白：（KIF14家族）马达结构域在C端，向负极端移动。 驱动蛋白的功能：驱动蛋白1~3家族的成员主要与大分子复合物和膜性细胞器的运输相关；其它驱动蛋白家族成员主要在于调节微管的动态不稳定性和微管网络的结构。 驱动蛋白家族成员的结构与功能（表10-1） 细胞内依赖于微管的物质运输系统（图10-27） 2. 驱动蛋白沿着微管运动的机制 驱动蛋白的马达结构域具有2个重要的功能位点：ATP结合位点和微管结合位点。 驱动蛋白沿着微管运动的分子模型有2种：① 步行（hand over hand）模型：驱动蛋白的2个头部交替向前，每水解1个ATP分子，落在后面的那个马达结构域将向前移动2倍的步距，即16nm。而原来领先的那个头部则在下一个循环时再向前移动。② “尺蠖” （inchworm）模型：驱动蛋白2个头部中的一个始终向前，另一个永远在后，每步移动8nm（一个微管蛋白长度8nm）。 驱动蛋白沿微管的步行模型（图10-28） L：“前”马达结构域 T：“后”马达结构域 L ＋ T · ADP →L · ATP ＋ T · ADP前移16nm→ T＋ L · ADP 引发驱动蛋白分子沿着微管持续向前移动的原因有2个：① 每个驱动蛋白分子的2个马达结构域的化学-机械循环是互相协调的（始终保证有1个马达结构域与微管结合着），即在一个马达结构域还没有与微管结合之前，另一个马达结构域不会脱离微管，从而保证了步行的连续性，即马达分子和所运的“货物”不会脱离微管；② 驱动蛋白的马达结构域在ATP酶循环的大部分时间里都与微管紧密结合。 肌球蛋白不具备沿着微丝持续向前运动的能力，但却能提高其整体移动的速度，因为粗肌丝上大量规则排列的肌球蛋白头部与相同的微丝协同相互作用。 （二）细胞质动力蛋白及其功能 动力蛋白（dynein）超家族由2个家族组成：细胞质动力蛋白（cytoplasmic dynein）和轴丝动力蛋白（axonemal dynein）（鞭毛或纤毛动力蛋白）。动力蛋白的重链同样含有马达结构域（ATP结合部位和微管结合部位），通过水解ATP沿着微管运动。动力蛋白是马达蛋白中最大的移动速度最快的成员。 胞质动力蛋白（cytoplasmic dynein, CyDn）：由多条肽链组成的巨型马达蛋白，利用ATP水解释放的能