蛋白質如何嵌入細胞膜中

生物中幾乎三分之一的蛋白質牢牢地嵌入生物膜中 - 無論是在細胞的外膜還是在細胞內部區域的邊界。在那裡，這些膜蛋白質執行重要任務，例如，用作通過膜運輸代謝物和營養物的分子通道或用作感測細胞環境的傳感器蛋白質。

由巴塞爾蘇黎世聯邦理工學院生物系統科學與工程系教授DanielJ.Müller領導的研究小組現在研究了膜蛋白是如何進入膜的。為此，他們使用了一種高度精確的方法，使他們能夠從膜中提取單個蛋白質或將其沉積在膜上。這種被稱為單分子力譜的方法，讓科學家能夠以極其精確的方式將一個厚度僅為幾納米的計算機控制的懸臂引導到膜表面的特定位置。分子粘附力導致位於那裡的蛋白質粘附到懸臂上。

兩種輔助蛋白的作用

在細菌蛋白質的實驗中，研究人員能夠闡明兩種輔助蛋白 - 插入酶和轉位酶 - 的作用，使膜蛋白能夠嵌入膜中。插入酶是單一蛋白質，而轉位酶是由多種蛋白質組成的複合物。它們都確保孔隙在膜中打開。「在插入酶的情況下，我們可以將這個孔想像成一個載玻片。膜蛋白最初是作為一個非結構化的肽鏈存在，從而將這個載玻片滑入膜中。在膜中，這個肽鏈然後具有其功能性三個 - 維度形狀，「ETH穆勒教授解釋說。「一旦膜蛋白成功地變成三維並嵌入膜中，

到目前為止，關於這些輔助蛋白如何起作用的研究是不精確的，僅使用短肽或僅在生物膜外進行。「我們現在已經一步一步地觀察和描述了整個蛋白質如何將自身嵌入膜中並呈現出三維形態，」Tetiana Serdiuk說道，他是ETH教授穆勒研究小組的博士後研究人員作者。

ETH研究人員還能夠顯示插入酶和轉位酶如何發揮作用的差異：插入酶將肽鏈相對快速但笨拙地插入膜中。「這意味著它們特別適用於小蛋白質，」Müller說。另一方面，轉位酶將肽鏈逐段插入膜中，使其更適合更複雜的蛋白質。

對醫學很重要

這項研究是經典基礎研究的案例，鑑於膜蛋白對醫學的重要性，這一研究尤其重要，Müller強調：「大約一半的藥物都作用於膜蛋白，我們需要了解這些膜蛋白是如何形成的以及它們如何運作。「

此外，ETH科學家為本研究進一步完善的單分子力譜可用於其他應用：與國家分子系統工程研究能力中心(NCCR)，Müller和其他科學家合作開發人造生物細胞。「這種方法可用於定製生物膜與蛋白質，基本上編程，」ETH教授說。「這種人造細胞有朝一日可以用作分子工廠，以工業規模生產藥品。」