格羅寧根大學(xué)的科學(xué)家對**用于輸入天冬氨酸的運輸復(fù)合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了獨特的繪制。使用冷凍電子顯微鏡對蛋白質(zhì)成像。結(jié)果表明運輸機工作效率很高。這特別有趣，因為類似的轉(zhuǎn)運蛋白對于人腦細(xì)胞之間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至關(guān)重要。研究結(jié)果于2月21日發(fā)表在《自然通訊》上。

細(xì)胞利用無數(shù)的運輸?shù)鞍讓⑽镔|(zhì)穿梭在它們的膜上：食物和構(gòu)件被進(jìn)口，**和其他廢物被出口。一個例子是天冬氨酸轉(zhuǎn)運蛋白，**用來輸入該氨基酸。格羅寧根生物分子科學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院的Dirk Slotboom教授領(lǐng)導(dǎo)的膜酶研究小組和Albert Guskov博士領(lǐng)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)小組對這種轉(zhuǎn)運蛋白進(jìn)行了數(shù)年的研究，部分原因是因為它是去除人類轉(zhuǎn)運蛋白的良好模型來自突觸間隙的神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸，這是我們腦細(xì)胞工作的重要步驟。

貨梯

**膜中的天冬氨酸轉(zhuǎn)運蛋白是三聚體，這意味著三個相同的單元緊密地結(jié)合在一起形成一個復(fù)合物。從環(huán)境中提取天冬氨酸，通過細(xì)胞膜運輸并在細(xì)胞內(nèi)部釋放。每單位三個鈉離子為這一轉(zhuǎn)變提供動力，這可以與貨物提舉相提并論：天冬氨酸和鈉離子與部分轉(zhuǎn)運蛋白結(jié)合，然后進(jìn)入細(xì)胞。交付天冬氨酸后，它再次退出。

Slotboom解釋說：“我們以前使用X射線晶體學(xué)繪制了具有天冬氨酸的配合物的結(jié)構(gòu)圖。”這些研究表明，大樓中的三個電梯始終處于同一位置。“但是，生化證據(jù)表明它們可能彼此獨立地起作用。”這就是為什么他決定在膜內(nèi)部更自然的環(huán)境中研究運輸復(fù)合體的原因。這是使用冷凍電子顯微鏡完成的，這是一種創(chuàng)建蛋白質(zhì)復(fù)合物圖像的方法。

問題

將蛋白質(zhì)插入脂質(zhì)雙層的小塊中，并通過一條蛋白帶將它們保持在一起。這些脂質(zhì)納米盤被快速冷凍并在低溫電子顯微鏡下研究。通過組合大量圖像，以3.2-3.5埃的分辨率對運輸復(fù)合物成像。

Slotboom小組的博士后研究員，Valentina Arkhipova說：“我們所看到的與通過X射線晶體學(xué)獲得的結(jié)構(gòu)有很大不同：在大多數(shù)復(fù)合體中，升降機處于不同的位置，與獨立運動一致。”紙。這就提出了為什么蛋白質(zhì)會形成三聚體復(fù)合物的問題。Arkhipova：“每個單元的提升部分都需要支撐才能穿過膜。錨定在膜片內(nèi)部的單個升降機可能開始擺動。但是三臺帶有相連錨的電梯形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。”

泄漏

另一種可能性是，三聚體的錨固部分使圍繞它的膜片更薄，更不牢固，這使舉升機更容易通過。Slotboom解釋說：“單體只會在一側(cè)產(chǎn)生這種作用，因此在能量上不利。”確實，對包含轉(zhuǎn)運復(fù)合物的脂質(zhì)納米圓盤的研究顯示了雙層的彎曲。

這些結(jié)構(gòu)還提供了運輸系統(tǒng)如何防止鈉泄漏的指示。Slotboom：“升降機有一種門，當(dāng)它打開時會伸出并阻止升降機移動。”運輸過程首先需要兩個鈉離子進(jìn)入提升機。帶負(fù)電荷的天冬氨酸然后可以在內(nèi)部結(jié)合，這使第三鈉離子進(jìn)入并結(jié)合到門上，從而將門關(guān)閉。因此，升降機無法僅運輸鈉，鈉會消散跨驅(qū)動運輸?shù)哪さ拟c梯度。

大腦

Slotboom說：“這使系統(tǒng)非常高效”。對于**而言，這種效率可能只是很小的選擇性進(jìn)化優(yōu)勢。但是，對于我們大腦中類似的谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋???，它至關(guān)重要。谷氨酸被神經(jīng)細(xì)胞排泄到突觸間隙中，并激發(fā)鄰近的神經(jīng)元。激勵后，必須非常快速有效地將其去除，以減少信號傳輸中的噪聲。Slotboom：“對于這個系統(tǒng)，至關(guān)重要的是沒有泄漏。”

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