在人类身体中,数千种不同类型的“生物分子马达(biomolecular motors)”帮助执行一些重要的任务,例如肌肉收缩、在细胞分裂期间移动染色体、重置神经细胞以使他们能重复发出信号。
通过使用极其灵敏的检测技术,研究人员对这些小蛋白如何行使其功能的机制已经越来越了解。他们发现肌球蛋白Ⅵ(Myosin VI)的运动机制与肌球蛋白Ⅴ(myosin V)和驱动蛋白(kinesin)的机制相同。相关文章发表在Journal of Biological Chemistry期刊上。
“它是到目前为止发现的第三个以hand-over-hand(双手交替,或者叫做铰进)的形式运动的马达分子,这使得认为以‘尺蠖’形式运动的观点变的不堪一击,”Paul Selvin说。
肌球蛋白Ⅵ是一种反向的分子马达,它能够将物质移动到细胞中的不同位置。与肌球蛋白Ⅴ类似,肌球蛋白Ⅵ有两个与“身体”连接的“臂”。这种微小的分子能够将化学能量转化成机械运动,并且沿着极化的肌动蛋白纤维运输它的装载物,但方向与其它肌球蛋白相反。
“行进运动有两种主要模式。其中一种是hand-over-hand模式:这种模式中,蛋白的两个臂交替引导运动。另一种模式是尺蠖模式:其中一个臂始终起到引导作用”Selvin说。为了检测肌球蛋白Ⅵ的前进机制,研究人员利用了在研究肌球蛋白Ⅴ和驱动蛋白中使用纳米级荧光成像FIONA(Fluorescence Imaging with One Nanometer Accuracy)技术——这种技术可以追踪1.5纳米范围内的单个分子的位置。
“首先,我们将一种小的荧光染料附着在其中一个臂上并用连接在显微镜上的数码相机拍照,以确定染料的位置。然后我们给肌球蛋白‘喂’一种很小的能量“食物”——腺苷三磷酸(ATP),它开始前进时我们拍下另一张照片并测定染料移动的距离。”通过检测蛋白前进的步幅大小,研究人员就能够确定这种蛋白质到底使用的是哪种运动机制。测定数据清楚地表明蛋白使用的是hand-over-hand模式。
令人感到惊讶的是肌球蛋白Ⅵ的步幅的变化很大,但是平均下来与肌球蛋白Ⅴ的步幅很接近,而肌球蛋白Ⅴ的一个臂有Ⅵ的三倍长。“为了到达同样远的距离,肌球蛋白Ⅵ必须进行拆分然后再次快速合并起来,”Selvin说。“之后的研究将会研究它是怎样完成这个过程的。