肌球蛋白分子

肌球蛋白分子
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肌球蛋白是一种马达蛋白(motor protein)，由Kuehne于1864年在研究骨骼肌收缩时发现并命名1。肌球蛋白是一种超家族的蛋白质，共分为11类，其中10类为非传统肌球蛋白(unconventional myosin)，另一类肌球蛋白Ⅱ称为传统肌球蛋白(conventional myosin)2。本文对肌球蛋白Ⅱ（全文简称肌球蛋白）进行综述，对近年来在肌球蛋白结构、性质、功能研究上取得的新成就给予介绍。

结构

肌球蛋白是长形不对称分子，形状如“Y”字，长约160nm。电子显微镜下观察到它含有两条完全相同的长肽链和两对短肽链，组成两个球状头部和一个长杆状尾部。肌球蛋白分子量约460kD，长肽链的分子量约240kD，称重链；短链称轻链。将肌肉肌球蛋白用5,5′-二硫双(α-硝基苯甲酸，DTNB)处理后放出的一对轻链，称为DTNB链，分子量约18kD；另两条轻链只有在碱性(pH 11.4)条件下才能分离出来，称碱性轻链，分子量分别为25kD和16kD。非肌细胞如粘菌的肌球蛋白的形状和结构与肌细胞的肌球蛋白非常相似，但它不存在DTNB链，两对不同的轻链称必需轻链(essential light chain)和调节轻链(regulatory light chain)，分子量分别为16kD和18kD。阎隆飞等于1963年首次从烟草微管束中分离出肌动球蛋白，证明其具有ATP酶活性，这是高等植物中存在肌动蛋白和肌球蛋白的第一个证据。马永泽和阎隆飞(1989)证明，豌豆叶片的卷须中存在肌球蛋白，SDS-PAGE测得两条重链的分子量为165kD，两对轻链的分子量分别为17kD和15kD。
肌球蛋白分子
在肌球蛋白超家族中，不管其来源如何，其头部区域都有相当高的同源性，特别是ATP和肌动蛋白的结合位点非常保守。两条重链的氨基末端分别与两对轻链结合，形成两个球状的头部和颈部调节结构域，称为S1(subfragment 1),余下重链部分组成肌球蛋白长杆状的尾部(图1)。在一定条件下，胰凝乳蛋白酶能把肌球蛋白切为两部分，带有两个头部的部分称为重酶解肌球蛋白(heavy meromyosin,HMM)，另一部分叫轻酶解肌球蛋白(light meromyosin,LMM)。重酶解肌球蛋白的尾部称为S2(subfragment 2)。肌球蛋白N末端的头部S1为马达功能区，在离体条件下，单独的S1就能依赖其ATP酶活性产生力，从而驱使肌动蛋白丝运动，只是滑动速度比全长的肌球蛋白慢，可见肌球蛋白表现最佳马达活性需要S2。肌球蛋白的尾部是超螺旋结构，其氨基酸序列由典型的卷曲的卷曲型α螺旋(coiled-coiled α-helix)组成。所有肌球蛋白在轻链结合下方都有一个脯氨酸残基，根据其保守性和结构特性，此脯氨酸残基被定义为头部和尾部连接点(head/tail junction)。肌球蛋白以聚合形式参与细胞生理过程，单个的肌球蛋白分子没有功能。肌球蛋白通过组装域自我组装成具有双极性的粗丝(thick filament)，对其实现合适的功能至关重要。1993年，Rayment等通过甲基化修饰肌球蛋白S1的赖氨酸残基获得了高质量S1的晶体，在2.8A高分辨率下解析了鸡胸肌肌球蛋白三维空间结构，后来又结晶了盘基网柄菌肌球蛋白S1，并证明S1的ATP结合袋(ATP binding pocket)水解ATP时，有较大的构象变化，它为设计突变体提供了极有价值的理论依据，是肌球蛋白研究史上的新突破。