BIOPHYSICS AND ENZYMOLOGY OF KINESIN MOVEMENT
驱动蛋白运动的生物物理学和酶学
基本信息
- 批准号:2181982
- 负责人:
- 金额:$ 19.26万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:1991
- 资助国家:美国
- 起止时间:1991-04-01 至 1998-03-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Kinesin is a mechanoenzyme that drives microtubule-based intracellular
organelles transport processes. Kinesin couples a free-energy-liberating
chemical reaction (the hydrolysis of ATP) to a cycle of mechanical
processes that move the enzyme molecules and attached organelles along
microtubules. We want to characterize the cycle of mechanical processes
by which kinesin moves and to determine how these processes are coupled
to the reactions of ATP hydrolysis. We have developed a novel
experimental system that allows us to directly monitor mechanical
processes and chemical steps in single kinesin molecules specifically
conjugated to microscopic polystyrene beads. The system makes it
possible to quantitatively compare mechanical and chemical reaction rates
under identical conditions, thereby allowing direct studies of
mechanochemical coupling.
Intracellular organelle transport by kinesin and kinesin homologs plays
an essential role in the physiology of eukaryotic cells. Its functions
include transport of materials, chromosome and nuclear movements in
mitosis/meiosis, and morphogenesis of membranous organelles. To explore
these functions at the molecular level, we will:
1) measure the distance moved by kinesin per ATP hydrolyzed. We will
measure the ATPase Vmax for bead-conjugated single kinesin molecules and
compare this to the movement velocity of the conjugates under the same
conditions. This study will test the validity of models in which one ATP
is hydrolyzed per mechanical step.
2) measure the rate of ADP-induced release of microtubule-bound kinesin
heads. This study will test the hypothesis that head release is an
essential step in the kinesin movement cycle. Knowing the kinetics of
head release will help us understand how single two-headed kinesin
molecules remain associated with the microtubule while moving along it.
3) derive the structure of a two-headed kinesin derivative from two-
dimensional molecular crystals. Structural data will help reveal the
molecular conformational changes that drive kinesin movement and the
nature of interactions between kinesin heads.
4) prepare one-headed kinesin derivatives and characterize their
functional properties. By characterizing the steady-state ATPase,
microtubule release kinetics, and single-molecule motility, this study
will help reveal the role of head-head interactions in two-headed kinesin
function.
驱动蛋白是一种机械酶,驱动基于微管的细胞内
细胞器运输过程。 驱动蛋白耦合自由能释放
化学反应(ATP 的水解)到机械循环
移动酶分子和附着的细胞器的过程
微管。 我们想要描述机械过程的循环特征
驱动蛋白通过哪个移动并确定这些过程如何耦合
ATP 水解反应。 我们开发了一本小说
实验系统使我们能够直接监控机械
特别是单个驱动蛋白分子的过程和化学步骤
与微观聚苯乙烯珠缀合。 系统做到了
可以定量比较机械和化学反应速率
在相同的条件下,从而可以直接研究
机械化学耦合。
驱动蛋白和驱动蛋白同系物的细胞内细胞器运输
在真核细胞的生理学中发挥重要作用。 其功能
包括物质运输、染色体和核运动
有丝分裂/减数分裂和膜细胞器的形态发生。 探索
这些功能在分子水平上,我们将:
1) 测量每水解 ATP 驱动蛋白移动的距离。 我们将
测量珠缀合的单个驱动蛋白分子的 ATP 酶 Vmax 并
将其与相同条件下共轭体的运动速度进行比较
状况。 这项研究将测试模型的有效性,其中一个 ATP
每个机械步骤都会水解。
2) 测量ADP诱导的微管结合驱动蛋白的释放速率
头。 这项研究将检验以下假设:头部释放是一种
驱动蛋白运动周期中的重要步骤。 了解动力学
头部释放将帮助我们了解单双头驱动蛋白如何
分子在沿着微管移动时仍然与微管相连。
3) 从二元推导出二头驱动蛋白衍生物的结构
三维分子晶体。 结构数据将有助于揭示
驱动驱动蛋白运动的分子构象变化和
驱动蛋白头之间相互作用的性质。
4) 制备单头驱动蛋白衍生物并表征其
功能特性。 通过表征稳态 ATP 酶,
微管释放动力学和单分子运动,本研究
将有助于揭示头-头相互作用在双头驱动蛋白中的作用
功能。
项目成果
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