Kai蛋白昼夜节律系统的分子钟假说理论模型：ATP酶活性、振荡周期与温度补偿的解析

《Biophysical Journal》：Molecular clockwork hypothesis for the KaiABC circadian oscillations

　　

摘要

当三种蓝细菌蛋白——KaiA、KaiB 和 KaiC——在体外与 ATP 共孵育时，KaiC 的磷酸化水平表现出稳定的昼夜节律振荡。生化和结构分析表明，KaiC 的 ATP 酶活性对这些振荡至关重要，进而提出了消耗 ATP 的动力学过程充当分子钟的假说，决定单个分子的振荡周期。此外，这些分子钟集体同步，从而在系综层面产生振荡。在本研究中，我们开发了一个理论模型来测试这个分子钟假说。我们的模型阐明了振荡周期与 ATP 酶活性之间的关系，解释了 KaiC 六聚体 CI-CII 结构域边界附近氨基酸替换引起的周期显著变化。此外，该模型还阐述了振荡周期和 ATP 酶活性两者温度补偿的物理基础。因此，分子钟视角为理解集体振荡背后的原子设计提供了一个框架。

Masaki Sasai|Shin Fujishiro