3篇《Nature》破解蛋白晶体结构秘密

　　

生物通报道，所有的生命活动都离不开生物大分子的参与，其中蛋白是最常见的生物大分子之一，蛋白晶体三维结构的研究成为时下热点，近期Nature发布了3篇蛋白晶体结构分析文章，2篇来自美国，1篇来自中国。

 

生命的秘密不仅在DNA序列排列组合中，也在生物大分子的三维结构中，每一种独特的结构都具有其独特的功能，在这里，用失之毫厘谬之千里来形容再恰当不过。随着蛋白表达、晶体生长和X衍射结构分析技术的发展，越来越多的蛋白晶体三维结构被科学家破解，这些成果给药物设计和药物筛选带来了极大的便利，结构生物学也因此备受关注。

 

沉寂20年Nature：HIV整合酶三维结构被破解

HIV整合酶结构是20年来科学家未破解的秘密，一个来自哈佛大学和英国帝国学院的研究团队花费4年时间，做了40,000次实验终于找到突破口。

 

他们选择了一种罕见的逆转录病毒PFV（prototype foamy virus），在实验室里制备出PFV整合酶高分辨率的结晶体，足够研究它的结构。PFV病毒与HIV病毒十分相似，因此整合酶结构也类似。

 

为了研究整合酶结构，研究小组花费了4年时间，所做大大小小的实验有40,000多次，最终得到7个完整的晶体，而其中，只有1个适合进行三维结构分析。

 

该研究小组的领导者，文章通讯作者，帝国医学院的科学家Peter Cherepanpov表示，我们的研究经历真是一个非同寻常的故事。在开始这个项目前，我们就已经做好了应对各种困难的准备，我们无数次地失败，又无数次地重新开始。所幸，我们没有放弃，最终取得成功。

 

通过艰苦卓绝的实验，科学家们终识别的整合酶的庐山真面目，这才发现，整合酶的三维结构与以往他们预测的是那么地不同，这也是为何那么多科学家通过预测的数据设计的整合酶抑制剂不发挥功效的原因。

 

下一步，科学家们将立足于整合酶的三维结构，进一步研究这些酶的功能，并在此基础上设计抗整合酶的药物。

 

Nature：施一公破解AdiC转运机制

据清华大学消息，施一公教授实验室在《自然》发表论文，阐述在毒性大肠杆菌肠胃耐酸性保护机制中起重要作用的AdiC转运蛋白的底物识别和转运机理。这是继他们在2009年于Science发表首个APC家族转运蛋白晶体结构之后针对AdiC研究的又一重要突破。

 

AdiC是逆向转运arginine及其脱羧产物agmatine的转运蛋白。2009年5月，施一公教授的研究组发表了AdiC在没有底物状况下的3.6埃的分子结构，揭示了AdiC以二聚体形式存在，同时还发现APC家族的转运蛋白与其他几类没有序列同源性的钠离子依赖性转运蛋白具有相似的结构骨架。根据生化实验结果，他们推测出在转运过程中起重要作用的氨基酸残基以及可能的转运模型。

 

在Nature最新发表的论文中，施一公研究组解析了AdiC在arginine结合状态下的3.0埃的晶体结构。这个较高分辨率的结构显示，过去报道的AdiC由于分辨率偏低、数据质量有限，因而尽管基本结论正确，但在部分跨膜螺旋区域，施一公的研究组以及美国 另一研究组均存在结构修正不妥之处。所以在这一篇文章里，他们首先纠正了两个组以前的偏差，然后比较了AdiC在没有底物和结合arginine的状态下的结构。这一比较显示，在结合arginine时，AdiC的跨膜螺旋TM6旋转了近40°，覆盖于底物之上，使底物处于一个完全封闭的表面呈负电势的腔中。在这一观测的基础上，结合以往的生化数据，他们进一步修正了AdiC的转运模型，提出了逆向转运蛋白双结合位点的模型。

 

Nature：细菌VKOR的X-射线晶体结构被确定

哺乳动物维他命K环氧化物还原酶（VKOR）催化对维他命K苯二酚的生成，这是维他命K循环中的决定性一步，是血液凝固所必需的。现在，VKOR 的一个细菌同源分子的X-射线晶体结构已被确定。该结构所反映的VKOR 存在于跟其氧化还原伙伴（一个与硫氧还蛋白相似的区域）形成的一个复合物中，它相应于电子转移的抑制状态。这个发现为VKOR 利用来自新合成的蛋白还原苯醌指出了一个可能的机制。这项工作可帮助解释VKOR 发生的突变何以能够引起对“华法令”（或称“华法林”）的抵抗力，后者是通过抑制VKOR发挥作用的普遍使用的抗凝血剂。

 

（生物通 小茜）

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