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一种常见的孤儿和传统驱动蛋白分子马达的化学生物耦合模型。

A common chemomechanical coupling model for orphan and conventional kinesin molecular motors.

机构信息

Key Laboratory of Soft Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China.

Key Laboratory of Soft Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China.

出版信息

Biophys Chem. 2020 Sep;264:106427. doi: 10.1016/j.bpc.2020.106427. Epub 2020 Jul 8.

DOI:10.1016/j.bpc.2020.106427
PMID:32682233
Abstract

Orphan and conventional kinesin dimers represent two families of the kinesin superfamily molecular motors. Conventional kinesin, having a 14-residue neck linker (NL) in each head, can step processively on microtubule (MT), with an ATP hydrolysis being coupled with a mechanical stepping under no load. Orphan kinesin phragmoplast-associated kinesin-related protein 2 (PAKRP2) dimer, despite having a NL of 32 residues in each head, can also step processively on MT and exhibits tight chemomechanical coupling under no load. However, the dynamic properties of the wild type PAKRP2 and the mutant one with each NL truncated to 14 residues are very different from those of the wild type conventional kinesin and the mutant one with each NL being replaced by the 32-residue NL from PAKRP2. Here, based on a common chemomechanical coupling model we study computationally the dynamics of the two families of the kinesin dimers, with the simulated results explaining quantitatively the available experimental data. The large differences in the dynamics between the two families of kinesin dimers arise mainly from different rate constants of NL docking and ATPase activity and different weak affinities of the head in ADP state for MT. The studies indicate that both the orphan kinesin PAKRP2 and conventional kinesin use the same mechanism for processive motility.

摘要

孤儿和常规的驱动蛋白二聚体代表驱动蛋白超家族分子马达的两个家族。常规驱动蛋白,每个头部有一个 14 个残基的颈环接头 (NL),可以在微管 (MT) 上进行逐步移动,在无负载的情况下,ATP 水解与机械步移相偶联。孤儿驱动蛋白类胚叶纺锤体相关驱动蛋白相关蛋白 2 (PAKRP2) 二聚体,尽管每个头部的 NL 有 32 个残基,但也可以在 MT 上进行逐步移动,在无负载的情况下表现出紧密的化学机械偶联。然而,野生型 PAKRP2 和每个 NL 截断为 14 个残基的突变体的动态特性与野生型常规驱动蛋白和每个 NL 被 PAKRP2 的 32 个残基 NL 取代的突变体的动态特性非常不同。在这里,我们基于一个常见的化学机械偶联模型,从计算上研究了这两种驱动蛋白二聚体的动力学,模拟结果定量解释了现有的实验数据。这两种驱动蛋白二聚体在动力学上的巨大差异主要来自 NL 对接和 ATP 酶活性的不同速率常数,以及 ADP 状态下头部对 MT 的弱亲和力不同。研究表明,孤儿驱动蛋白 PAKRP2 和常规驱动蛋白都使用相同的机制进行连续运动。

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