“分子马达”运动可能不需要微管网架介入

4月6日《科学》杂志发表的一项最新研究表明，“分子马达”蛋白kinesin的运动方式与科学家之前猜测的并不相同，可能不需要微管网架（microtubule  lattice）。

  

一般认为，kinesin是一种与细胞微管结合而起运输作用的马达蛋白。Kinesin是由两条轻链和两条重链构成的四聚体，外观上具有两个球形的“头”（具有ATP酶活性）。它的运动方式是一步一步节节进行的，通过水解三磷酸腺苷（ATP）来为每一步提供能量。而在每步之间，“分子马达”会停下来，直到ATP被绑定至其中一“头”。但是，科学家对于ATP通道（ATP  gating）的精确机制一直存在争议。

  

一种观点认为，kinesin在步与步之间只有一头与微管相连，另一头无法与下一个绑定位点连接，除非ATP诱导kinesin发生构象变化。但还有一种观点认为，kinesin停下时两头都与微管相连，而两个连接头之间的应力（strain）使马达无法前进，直到ATP与其中一头绑定。但是，无论哪种模型，ATP绑定后都会激发一种与微管网架（microtubule  lattice）相关的机制。

  

但最新的研究结果质疑了微管网架存在的必要性。领导该研究的是位于英国剑桥的玛丽居里研究院（Marie  Curie  Research  Institute）的Maria  Alonso以及论文高级作者Robert  Cross，他们发现，一种微管成分——微管蛋白亚基（tubulin  subunit）能够引导ATP的自我运转，从而使kinesin不用于微管结合。

  

凝胶过滤实验表明，未聚合的微管蛋白能在溶液中与kinesin绑定。通过测定溶液中的ATP酶活性，研究人员发现，自由微管蛋白可以促使kinesin头部的ATP水解，从而激发ATP循环。因此，论文作者认为，之前的两种kinesin运动理论都不成立。Cross表示，“我们的研究结果表明，微管几何结构与ATP通道机制完全无关。”研究人员推测，在运动间歇，kinesin一头的微管绑定位点一直处于“掩蔽”（masked）状态，而只有ATP与其另一头绑定才能除去这一障碍。

  

但是，此次研究的结论并没有得到完全的肯定。美国斯坦福大学的Steven  Block最近发表了关于应力对kinesin运动的作用的相关文章，他表示，最新研究的结论并不能排除马达运动中应力的影响。即使kinesin是与自由微管蛋白结合，也存在微管蛋白亚基引发一些应变的可能。此外，微管蛋白亚基或许会很短暂地聚合成极小的微管，研究人员未必能够发现这一现象。

  

而哥伦比亚大学的Steven  Rosenfeld则表示，该研究结果确实能够表明kinesin的运动可以不需要应力的控制，但并不意味着这就是“分子马达”运动调控的唯一方式。