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肌球蛋白动力冲程分布研究
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王志坚
1
,郭小花
1
,彭艳辉
2
,张明霞
1
1 天水师范学院数理与信息科学学院物理系,甘肃天水(741001)
2 东北农业大学生物物理系,哈尔滨(150030)
E-mail:gswzj@126.com
摘 要:通过建立肌球蛋白工作循环的四态模型,利用化学动力学方法,讨论了动力冲程过
程的几率和无机磷酸盐的释放率是影响动力冲程分布的两个重要因素,得到动力冲程的大小
近似呈均值为(8-10)nm 的高斯分布。
关键词:肌球蛋白;化学动力学;速率方程;动力冲程
中图分类号:Q61 文献标识码:A
1 引言
目前较关注的几类肌球蛋白沿肌动蛋白丝滑行的动力冲程为:肌球蛋白IV沿肌动蛋白
丝运动存在两个动力冲程,其大小呈现一个均值 72nm 和另一个均值为 36nm 的高斯分布
[1]
。
肌球蛋白 V 分子可沿肌动蛋白丝移动,传输细胞器,负责细胞内黑色素和有被小波等微粒
的输运,其动力冲程呈现均值约为 36nm 的高斯分布
[2-4]
。河北工业大学的展永等人
[5]
对肌球
蛋白V随步长分布的动力学作了研究,理论结果与实验基本吻合。最近 Spudich 等
[6]
对肌球
蛋白VI单分子的动力冲程作了实验研究,发现动力冲程大小与肌球蛋白和肌动蛋白的结合
几率呈均值为 35nm 的高斯分布,同时发现单分子的动力冲程大小与肌球蛋白杠杆臂的长度
和旋转有关。Sleep 等
[7]
假设动力冲程之后伴随着无机磷酸盐 Pi 和 ADP 的释放,理论结果
表明,其动力冲程比人们普遍公认的 10nm 小,并且依赖于动力冲程过程的平衡速率常数及动
力冲程前态的分离速率常数。Kagawa
[8]
认为骨骼肌肌球蛋白运动步长(动力冲程)不是固
定的,研究了一个肌球蛋白分子沿肌动蛋白运动时驱动系统中涨落对动力冲程的影响。
上述文献报道给我们两点启示:一是肌球蛋白II的动力冲程是否还受其它某些因素的影
响?二是作为同一家族的马达蛋白肌球蛋白II的动力冲程是否像其它几类肌球蛋白一样也
呈现某种分布?为此,我们建立肌球蛋白II工作循环的四态模型,与文献[8]不同之处是假设
无机磷酸盐 Pi 的释放伴随着动力冲程过程,ADP 的释放在动力冲程之后。利用化学动力学
方法,发现动力冲程过程的几率和无机磷酸盐的释放率是影响动力冲程分布的两个重要因
素,同时得到动力冲程的大小近似呈均值为(8-10)nm 的高斯分布。
2 理论与模型
2.1 模型建立
如图1所示:在这个模型中,假设肌球蛋白存在一个分离态和三结合态。(1) PiDM ⋅⋅ 表
示肌球蛋白将 ATP 水解为 ADP 和 Pi,同肌动蛋白丝处于分离状态。(2)
PiDMA ⋅⋅⋅
表示
兼有 ATP 水解产物的肌球蛋白同肌动蛋白丝处于结合态,即动力冲程前态。步骤(3)
DMA
⋅
表示兼有 ATP 水解产物的肌动球蛋白同肌动蛋白释放无机磷酸盐 Pi 的复合物,即动力冲程后
态。步骤(4)
MA ⋅ 表示肌动球蛋白的复合物,ADP 得以释放,然后结合一个新的 ATP 分
子回到初态,依此循环。
i
P 为各态的占有几率,其中(i =1,2,3,4)。
1 本课题得到甘肃省教育厅自然科学基金项目(0608-04)资助。