第一章 第四节 分子马达

4-2 旋转马达
旋转马达定义 旋转马达种类 旋转马达进展
4-2 旋转马达
美国康奈尔大学的研究小组以 ATP合酶为基础制造出了一种分 子器件
日本研究人员将微丝和ATPase的F1部 分耦合，制备出能够连续不断旋转的分 子器件
4-2 旋转马达
2000，加州大学洛杉矶分校的研究小组利用ATP合酶 驱动了一个超微螺旋推进器
Myosin II是构成肌纤维的主要成 分之一。由两个重链和4个轻链组成， 重链形成一个双股α螺旋，一半呈杆 状，另一半与轻链一起折叠成两个 球形区域，位于分子一端，球形的 头部具有ATP酶活性。
4-1 线性马达
Myosin V广泛的存在于动物的神经细胞和 酵母细胞中。 Myosin V由三个典型的功能部位组成， 如图所示。 头部区域，包含微丝结合位点和ATP活性 位点； 颈部区域，长约24nm，由一段α螺旋上 附以六个钙调蛋白组成； 尾部区域，由两条卷曲的螺旋链组成。 在酵母细胞中，马达把细胞器和mRNA输 运到母体中； 在动物细胞中，马达负责着黑色素和其它 细胞器的输运。
14纳米
4-0 4-1 4-2 4-3
简 介 线性马达 旋转马达 理论方法
4-3 理论方法
分子马达运动机制的解释，目前主要是把 分子马达看作是布朗粒子，利用非平衡态统计 模型来研究。描述布朗粒子的动力学方程—朗 之万方程。 分子马达可看作是系统环境中无规则运动 的布朗粒子，据牛顿第二定律
m dv dt F
4-1 线性马达
水解ATP 定向运动 完成生理功能
DNA解旋酶（DNA helices）和RNA聚合酶(RNA polymerase)
4-1 线性马达
肌球蛋白（myosin）
肌球蛋白（myosin），对它的研究可以追溯到1864 年，它是人们最早研究的马达之一，主要存在于真核 细胞内。
4-1 线性马达
4-1 线性马达
微管
微丝
4-1 线性马达
水解ATP 定向运动 完成生理功能
DNA解旋酶（DNA helices）和RNA聚合酶(RNA polymerase)
4-1 线性马达
驱动蛋白 和 动力蛋白
将细胞器和各种细胞内物质沿着微管从合成部位快速有效的 运送到功能部位，完成各种细胞内外传质功能，如运送细胞器 和物质小泡
4-3 理论方法
布朗运动的朗之万方程 布朗粒子以速度v在介质中的运动，介质分 子对布朗粒子的作用力分成两类：
一类粘滞阻力，布朗粒子的运动受到介质分子 的碰撞，这一摩擦阻力-αv来表示。 另一类为涨落力，介质分子对布朗粒子杂乱无 章的碰撞的作用产生的效果用F(t).
布朗粒子的运动方程为：
m dv dt v F (t )
分子马达定义
是对一类广泛存在于细胞内部，把化学能直接转 换为机械能的酶蛋白大分子的总称（线性、旋转 ）
特性：既具有酶的活性又具有运动活性的蛋白质，高效性
分子马达（molecular motor）又称马达蛋白（motor protein）
4-0 简 介
分子马达种类
分子马达定义
分子马达种类 分子马达意义
4-2 旋转马达
旋转分子马达 由定子和转子 组成, 依靠定子和转子之间的 旋转运动完成特定生物学功能 的酶蛋白大分子的总称。
4-2 旋转马达
旋转马达定义 旋转马达种类 旋转马达进展
4-2 旋转马达
4-2 旋转马达 F-ATP合酶是合 成ATP的基本场所， 也是生物体能量转 化的核心酶。在跨 膜质子势的推动下 催化合成ATP，也 可以通过水解ATP 蓄积质子势。
4-0 简 介
分子马达意义
二. 启发人们研制体积小、效率高、反应速度 快的分子器件
4-0 4-1 4-2 4-3
简 介 线性马达 旋转马达 理论方法
4-1 线性马达
水解ATP 定向运动 完成生理功能
DNA解旋酶（DNA helices）和RNA聚合酶(RNA polymerase)
4-1 线性马达
4-2 旋转马达
F0
4-2 旋转马达
连续性、高效性和协调性
4-2 旋转马达
①机械和化学过程之间的结合很紧密，这样熵的损失很小； 弯曲的β亚基紧紧的耦合在转动的γ轴上，支持γ轴的疏水 套筒和轴几乎无摩擦； ②要求水解循环产生一个近乎常数的力矩，实验证明力矩大小 约为44pN•nm； ③在合成过程中，有顺序的打开氢键也几乎是不损失能量的， 因为没有很突然的弹性反冲； ④各个亚基在机械和化学的循环中相互协调，使在合适的 角度接收ATP或释放Pi。
dv F (t ) v dt m m
dv v (t ) dt
单位质量的阻尼系数 和 分子碰撞涨落力(也叫朗之万力)
上式为Langevin equation
第一章 生物大分子结构 及生物物理性质
第一节 生物大分子结构
第二节 分子内与分子间的相互作用力 第三节 生物大分子的能态与能量转移
第四节 分子马达
4-0 4-1 4-2 4-3
简 介 线性马达 旋转马达 理论方法
4-0 简 介
分子马达定义
分子马达定义Байду номын сангаас
分子马达种类 分子马达意义
4-0 简 介
4-1 线性马达
两种运动模型（hand-over-hand）（inchworm）
4-1 线性马达
4-1 线性马达
最终确定了hand-over-hand
4-1 线性马达
4-0 4-1 4-2 4-3
简 介 线性马达 旋转马达 理论方法
4-2 旋转马达
旋转马达定义 旋转马达种类 旋转马达进展
4-0 简 介
分子马达种类
Kinesin, dynein, myosine
ATPase, flagellum
分子马达种类
4-0 简 介
分子马达意义
分子马达定义
分子马达种类 分子马达意义
4-0 简 介
分子马达意义
物质运输、细胞分化、能量转换、信息传递 一. 澄清分子马达的动力学机制，解释与此有 关的生命现象本质, 研究分子马达的控制机 理对于发现在众多疾病状态中基本细胞的出 错过程有着重要的意义(癌症、先天性生理缺 陷、耳聋、呼吸系统紊乱以及神经衰弱)