蓝细菌KaiC蛋白ATPase活性作为昼夜节律分子时钟的理论模型研究

《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孵育时，KaiC的磷酸化水平会表现出稳定的昼夜节律振荡。生物化学和结构分析表明，KaiC的ATPase活性对于这些振荡至关重要，由此提出一个假说：ATP消耗动力学充当分子时钟，决定单个分子的振荡周期。此外，这些分子时钟集体同步，产生群体水平的振荡。在本研究中，我们开发了一个理论模型来检验这一分子时钟工作机制假说。我们的模型阐明了振荡周期与ATPase活性之间的关系，解释了KaiC六聚体CI-CII结构域边界附近的氨基酸替换所引起的周期显著变化。此外，该模型还探讨了振荡周期和ATPase活性的温度补偿的物理基础。因此，分子时钟工作机制的视角为理解集体振荡背后的原子设计提供了一个框架。