研究解析硝酸鹽轉運蛋白晶體結構

2020-11-30 科學網

 

來自清華大學生科院、生物膜與膜生物工程國家重點實驗室的研究人員報導了硝酸鹽/亞硝酸鹽轉運蛋白NarU的晶體結構（解析度為3.1Å），並分析了其結構和生化特徵，指出這種轉運蛋白具有一種與經典搖杆開關模型不同的轉運新機制。

 

這一研究成果公布在Cell出版社全新開放獲取期刊：Cell Reports雜誌上，這是Cell出版社在Cell Stem Cell和Cell Host & Microbe兩份期刊後的又一重要新成員。Cell Reports致力於報導整個生命科學領域的高質量研究成果，主要集中於短小，單個觀點的文章，也接受標準長度的論文，因此這一期刊命名為Reports。

 

文章的通訊作者是清華大學生命科學院院長施一公教授，其研究組主要研究方向為運用結構生物學和生物化學的手段研究腫瘤發生和細胞調亡的分子機制，與重大疾病相關膜蛋白的結構與功能的研究，以及細胞內生物大分子機器的結構與功能研究等。

 

磷脂雙層膜為細胞或細胞器提供了一道疏水屏障，其中的膜轉運蛋白承擔著營養物質吸收、代謝產物分泌、細胞與外界的物質信息交換以及產能耗能等一系列重要的生理活動。根據轉運能量的來源可以將轉運蛋白分為初級主動轉運蛋白(primary active transporters)和次級轉運蛋白(secondary transporters)。

 

其中次級轉運蛋白利用由於物質在膜內外濃度不同造成的電化學滲透勢能來轉運底物，典型代表是主要協助轉運蛋白超家族(major facilitator superfamily，MFS)。MFS超家族最初發現時被認為只在糖的吸收過程中起作用，隨後的研究發現藥物的外排系統、有機磷∶磷酸交換系統等中的蛋白也都屬於這一超家族。

 

硝酸鹽/亞硝酸鹽的轉運元件NarK和NarU也屬於這一超家族的硝酸鹽/亞硝酸鹽轉運家族（nitrate/nitrite porter family，NNP），在維持細菌體內的氮平衡中扮演了重要的角色，但是其結構和功能機制，至今科學家們仍然不清楚。

 

在這篇文章中，研究人員報導了NarU的晶體結構（解析度為3.1Å），並由此分析了其整體生化特性。研究人員發現非對稱單元中NarUto的兩個分子具有兩種不同的構象狀態：關閉和部分向內打開。其中底物硝酸分子似乎是通過4個高度保守的帶點，或稱極性胺基酸協調進行作用。

 

通過結構和生化試驗分析，研究人員還找到了參與底物門控和轉運的關鍵胺基酸。這些觀察到的NarU構象差異，以及NNP家族的獨特序列特徵，都指出這一家族具有一種與經典搖杆開關模型（rocker-switch model）似乎不同的轉運新機制。（來源：生物通 張迪）

 

 

 

 

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