驱动蛋白以两种方式利用ATP带来的能量。首先,驱动蛋白与高度带负电的ATP和镁离子发生特异结合,使总能量降低,并利用由此产生的力驱动核苷酸结合位点(NBP)发生一系列构象变化,从而启动驱动蛋白的力产生过程。然后,驱动蛋白催化ATP水解,并利用水解释放的能量释放水解产物,由此引发相反的构象变化,使驱动蛋白恢复到原来的构象。驱动蛋白以微管为轨道,其化学-力学循环中的每一步都与微管密切相关,通过ATP绑定带有微管的马达结构域的核苷酸结合位点来实现力学循环。只有捕捉到ATP结合前后驱动蛋白处在微管上的构象,才能对核苷酸结合位点的结构-功能关系进行可靠的分析。基于近期得到的ATP结合前后驱动蛋白-1与微管蛋白复合物的晶体结构(4LNU,4HNA),我们运用分子动力学方法全面分析了驱动蛋白核苷酸结合位点的结构特征及其在ATP结合前后的构象变化,得到了下列结果:(1)NBP具有与微管表面的直接和间接作用。这个作用是通过L11上的SER235(N-3)和LYS237与微管蛋白的a亚基上的一组带负电的氨基酸(GLU414,GLU417以及GLU420)之间的强氢键和盐键实现的。而N-3上的GLU236与a4上的THR255之间的氢键作用是NBP与微管的间接作用。我们也发现,SER235是驱动蛋白头部的转动中心。(2)镁离子在驱动马达头部转动的力学过程中起到了关键的作用。由于N-2基本不动,N-1会在这个拉力的力矩作用下绕着转动中心发生转动,从而带动整个中心?片发生转动。(3)位于?1上的四个氨基酸与位于P-loop上的一个具有环结构的氨基酸共同为核苷酸的腺苷环部分提供一个几何上匹配的疏水腔。P-loop上的这个氨基酸本身并不十分保守,但其环结构在kinesin家族中是绝对保守的。(4)我们对由ATP的结合到颈链对接启动的力学途径给出了一个完整的解释。