一个完整的微管的力学性能通过分子动力学模拟显示

David b . Wells,阿列克谢Aksimentiev
Biophys J99 (2)629 - 37 (2010)
DOI:10.1016 / j.bpj.2010.04.038PMID:20643083助理

突出

微管是所有真核细胞中无处不在的生物纤维。他们最大的细胞类型丝,是必不可少的在细胞有丝分裂和减数分裂过程从flaggelar能动性。由于其结构的重要性,微管的机械性能都进行了广泛的研究。然而,由于小尺寸的微管、高刚度实验研究确定了杨氏模量只是间接的。分子动力学(MD)模拟允许生物聚合物的弹性计算确定。然而,尽管原子结构的构建块微管(α-和β-tubulin)已经解决,唯一出版结构完整的微管的低温电子显微镜地图远离原子分辨率。使用低温电子显微镜图作为指导,我们已经产生了第一个完整的微管的所有原子结构。这个模型中,我们应用张力,压缩,和剪切,以确定有效的弹性模无限微管,产生与先前的估计结果一致。这工作是第一个结合低温电子显微镜和晶体结构对后续所有原子MD模拟。这样一个模型的成功表现了许多其他的仿真系统的组成单位是在原子的细节,但只在低分辨率的完整结构是已知的。

文摘

微管(MTs)是最大的细胞类型灯丝,基本过程包括有丝分裂和减数分裂的鞭毛的能动性。过程中的许多关键取决于MT的力学性能,但弹性模,特别是杨氏模量,不直接显示实验,而不是抗弯刚度或应对措施径向变形。分子动力学(MD)方法,允许单个生物分子的力学性能是通过计算研究。马里兰州通常需要一个原子分辨率的结构分子,这对许多系统不可用,包括MTs。通过结合结构信息从低温电子显微镜和电子晶体学,我们构建了一个完整的所有原子模型太和MD用来确定其力学性能。模拟揭示了非线性轴向应力-应变行为具有明显的软化下扩展,一个可能的塑性变形过渡下径向压缩,和一种独特的不对称的两个感官转折。这项工作表明相结合的可能性不同层次的结构信息来生产所有原子模型适用于定量MD模拟,扩展了范围的系统适合医学方法和应该使激动人心的进步我们的微观的生物学知识。