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随着生命体内细胞功能的复杂化,形成了各种不同的转运系统和细胞运动器来负责胞内物质的运输。其运输过程与细胞骨架（微管和微丝）、马达蛋白等都紧密相关。其中一种最为重要的基本运动机制:沿着合适的底物表面移动的马达蛋白,利用腺苷三磷酸（ATP）水解运输细胞内的蛋白质、DNA、囊泡等各种物质和细胞器。根据作用对象的不同马达蛋白可分为微管马达蛋白和微丝马达蛋白（肌球蛋白（Myosin））,其中微管马达蛋白包括驱动蛋白（Kinesin）和动力蛋白（Dynein）。驱动蛋白利用ATP水解提供能量与微管蛋白相互作用并驱动胞内的各种运输。而且作为有机生命体中重要的分子马达在各种生理过程中都起着非常重要的功能和作用,如肌肉的收缩就是肌球蛋白组成的粗肌丝和由肌动蛋白组成的细肌丝提供能量并发生相对运动来完成的。所以有关马达蛋白的研究,特别是对驱动蛋白的运动学机制的研究已经成为目前研究胞内运动的热门话题之一。单分子示踪等检测技术作为目前研究有机生命体最基本的研究技术之一,具有显著的优势:可以直接观测单个分子的行为、运动轨迹及动态学特性,并获得被平均效应所掩盖的更深层的科学信息。其中单分子全内反射荧光（TIRF）显微术是用于研究单分子运动行为和机制的重要手段之一,为研究生物体内及体外大分子的运动特性提供了重要的研究方法。本论文主要利用单分子全内反射荧光显微技术,结合分子克隆、点突变、单分子跟踪、单分子光漂白等方法,具体对三种不同的驱动蛋白:来自于水稻（O.sativa）的驱动蛋-14家族成员Os KCH2、驱动蛋-14家族成员（Klp A、Ncd）以及孤儿驱动蛋白（KINID1b）的运动学特性及机制分别进行研究。本论文的主要研究内容包括:第一部分:具体研究了水稻（O.sativa）中含有特殊CH域的驱动蛋白-14家族成员—Os KCH2,揭示了它在微管上的运动状态以及自身不同部分在运动过程中的各种功能与作用。研究结果表明:（1）Os KCH2是高等植物体内第一个可以替代动力蛋白功能的驱动蛋白,因为其具有特殊的运动方向性—沿微管负极连续定向运动;（2）Os KCH2具有与Os KCH1相似的生理功能（可以同时绑定微管和微丝蛋白）以驱动微丝蛋白沿着微管蛋白运动;（3）揭示Os KCH2的螺旋结构域（CC1和CC2）分别都有着重要的功能:螺旋结构域CC1决定Os KCH2蛋白的聚合程度,而CC2则是Os KCH2连续运动的主要决定者。相较于普遍认为的驱动蛋白都是向微管正极运动的理念,该研究为是否存在具有特殊运动方向特性的驱动蛋白提供最为有利的证据与实验支持,也为之后研究此类驱动蛋白提供了一定的基础。第二部分:研究了了构巢曲霉（Aspergillus niger）中隶属于驱动蛋白-14家族的单个Klp A驱动蛋白。其具有向微管正极连续运动的能力,但与此同时它的聚集体却向微管的负极定向移动。为什么它有如此特殊的运动性质呢?为了解开此蛋白的动力学运动特性以及解释驱动蛋白-14家族的明星成员Ncd（来自果蝇）为什么无法在微管上连续运动的原因,我们对其分别进行了仔细的研究。其研究结果发现表明:（1）当在Klp A和Ncd的螺旋结构域中插入一个柔软的氨基酸链接（3x GS）后,它们的运动方向发生了明显地改变:Klp A由向微管正极变为向微管负极运动,而Ncd则由原来的无法连续定向运动改变为向微管负极定向连续运动。（2）发生该现象的原因是:3x GS的插入释放了Klp A和Ncd的尾域结构尾域。（3）3x GS的插入减弱了突变体（Klp A-3x GS、Ncd-3x GS）捆绑不同微管的能力。以上结果不仅仅改变了原本对于螺旋结构域功能的传统理解,并且大大提升了现在关于驱动蛋白方向性改变研究的思路与设想,为以后更为深入研究驱动蛋白运动的理论机制提供坚定的基础。第三部分:对苔藓（Physcomitrella）中的孤儿驱动蛋白KINID1b的动力学特征进行了一系列的研究。其研究结果显示:（1）KINID1b的马达结构域具有向微管正极定向连续运动的特性;（2）KINID1b的马达结构域)是一个额外的微管结合域以促使绑定与滑动微管;（3）KINID1b是一个自我抑制的孤儿驱动蛋白（其驱动蛋白的马达结构域与尾域相互作用）导致其无法在微管上连续运动。目前为止KINID1b是第一个既可以交联不同微管又自我抑制的孤儿驱动蛋白。以上研究为将来完全了解孤儿驱动蛋白的特性以及全盘把握孤儿蛋白在植物中的功能做出突出的贡献,并为以后驱动蛋白在药理学等方向的研究提供了一定的理论支持。本论文主要利用全内反射荧光显微技术对不同驱动蛋白的运动特性进行了研究。首先,我们分析了在高等植物体内Os KCH2驱动蛋白的各种动力学运动特性。随后,拓展了关于驱动蛋-14家族连续向微管负极运动的原因,并揭示了改变和控制驱动蛋白Klp A和Ncd运动方向性的关键因素。最后,揭示了孤儿驱动蛋白KINID1b自我抑制的特性以及捆绑滑动不同微管的机制。这些研究结果为体外研究驱动蛋白动力学特性与机制奠定了坚实的基础,为对有花植物中驱动蛋白家族的研究提出了新的可能性,还为孤儿驱动蛋白的运动学特性提出了新的理解,并且为全面了解与掌握驱动蛋白动力学特点奠定了坚实的基础。对驱动蛋白机制与功能的深入研究将为之后解释生物生命活动与探究人类疾病机理的研究提供重要的理论依据。