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      分子顯微鏡照亮分子運(yùn)動(dòng)
      
			
      
				2019-06-06 09:41:03
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      一個(gè)小孩跑步有時(shí)會(huì)失去立足點(diǎn)，因?yàn)殡p腳同時(shí)離開地面。根據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)研究人員的觀點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)看到這些驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用不同尋常的顯微鏡和標(biāo)記方法進(jìn)行移動(dòng)，在細(xì)胞中移動(dòng)材料的驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有相同的問題，這限制了它們穿過細(xì)胞中的微管并攜帶貨物的速度。
      

      分子顯微鏡照亮分子運(yùn)動(dòng)
      

      “我們現(xiàn)在可以在分子分辨率和亞毫秒時(shí)間尺度上看到生物過程，”生物醫(yī)學(xué)工程教授兼賓夕法尼亞州生物工程學(xué)院間研究生項(xiàng)目主任William O. Hancock說。“要了解電機(jī)如何在納米尺度和毫秒尺度上工作，我們需要了解電機(jī)是如何行走的。我們知道神經(jīng)元需要運(yùn)輸才能生長和存活，材料需要從一端(神經(jīng)元)傳播到其他。”
      

      分子馬達(dá)，在這種情況下是驅(qū)動(dòng)蛋白，是使用化學(xué)能產(chǎn)生足以將材料運(yùn)送通過細(xì)胞的機(jī)械力的小型機(jī)器。這些分子有兩個(gè)肢體連接在一起，兩端有連接裝置，研究人員稱之為“頭部”，但更好地將其視為“腳”。
      

      “像阿爾茨海默氏癥，肌萎縮側(cè)索硬化癥等疾病在運(yùn)輸過程中(在神經(jīng)元中)存在缺陷，并且在分子水平上不了解缺陷是什么以及它們?nèi)绾斡绊戇\(yùn)輸，”漢考克說。“我們認(rèn)為，路障蛋白與微管結(jié)合并阻礙運(yùn)動(dòng)。我們可以測量路障的步驟，希望它能幫助我們了解運(yùn)輸不起作用的疾病狀態(tài)。”
      

      當(dāng)驅(qū)動(dòng)蛋白分子從微管的中心向末端移動(dòng)時(shí)，它通常攜帶貨物。一個(gè)“腳”連接到小管，然后另一個(gè)“腳”分離，擺動(dòng)并附著。當(dāng)兩個(gè)“腳”連接時(shí)，分子在短時(shí)間內(nèi)非常穩(wěn)定，但在分離時(shí)則不那么分子。附著和釋放的協(xié)調(diào)在成功地沿著小管走下的分子中是至關(guān)重要的。
      

      Hancock和生物工程博士候選人Keith J. Mickolajczyk在最近一期“生物物理學(xué)雜志”上指出，“盡管對于驅(qū)動(dòng)蛋白在細(xì)胞中進(jìn)行的任務(wù)的多樣性具有根本重要性，但現(xiàn)有的定量模型沒有充分解釋驅(qū)動(dòng)蛋白之間的結(jié)構(gòu)差異。改變動(dòng)能率......產(chǎn)生持續(xù)性的功能變化。“
      

      持續(xù)合成能力是分子馬達(dá)在從微管分離之前可以采取的平均步數(shù)，而另一個(gè)必須取代它。
      

      Mickolajczyk建造了高分辨率的單分子顯微鏡，以便研究人員可以直接看到分子馬達(dá)的移動(dòng)。為此，他們用金納米粒子在一個(gè)“腳”上標(biāo)記分子。這使研究人員能夠通過反射金的各種光來跟蹤分子。
      

      研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以將驅(qū)動(dòng)蛋白運(yùn)動(dòng)模擬為前向“腳”的附著和后“腳”的分離之間的競賽。這種行走模式受到三磷酸腺苷(生物能量儲(chǔ)存分子)釋放能量的化學(xué)作用以及束縛和解除束縛的機(jī)械推拉力的控制。改變驅(qū)動(dòng)蛋白的各種性質(zhì)改變了附著和脫離率。
      

      驅(qū)動(dòng)蛋白通常將其貨物運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)的囊泡 - 氣球狀，充滿水的囊中。不止一個(gè)驅(qū)動(dòng)蛋白電動(dòng)機(jī)可以一次牽引囊泡，并且電動(dòng)機(jī)在沿著小管運(yùn)動(dòng)期間脫落并被其他驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)取代。驅(qū)動(dòng)蛋白“足”在小管上限定了可以結(jié)合的位置。
      

      “澄清這些踩踏動(dòng)力學(xué)是非常令人滿意的，因?yàn)檫@些問題已存在了20年，但現(xiàn)在我們才有技術(shù)來解決它們，”漢考克說。
      
			

			
        
      
			
      
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