Nature、PNAS聚焦膜蛋白研究

　　

    生物通报道  近日来自美国伊利诺大学的科学家们第一次详细地了解了促使新生蛋白质从核糖体嵌入细胞膜的化学与机械相互作用。相关研究论文分别发表在国际著名期刊《自然结构与分子生物学》（Nature Structural and Molecular Biology）和《美国科学院院刊》（PNAS）杂志上。

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    在第一篇文章中，研究人员获得了膜蛋白嵌入过程关键阶段的一个原子接一个原子（atom-by-atom）的快照：此时正值核糖体停泊至细胞膜的通道处，新生蛋白蜿蜒进入到细胞膜中。

    在这项研究中，美国伊利诺大学的计算机理论科学家与德国慕尼黑大学的实验科学家们展开了协作。研究人员通过低温电子显微镜获得了膜蛋白嵌入细胞膜瞬间的图像，并利用先进的计算方法初步揭示了核糖体、细胞膜、膜通道及新生蛋白质相互作用的机制。

   “我们领用冷冻电子显微成像结合核糖体与其他分子的结构信息构建了一个原子接一个原子的全系统模型，”伊利诺大学物理学与生物物理学系教授Klaus Schulten说：“这一由核糖体、细胞膜及其他元件组成的模型由超过300万个原子模拟组成。”Schulten是美国国立卫生研究员资助的伊利诺大学大分子建模与生物信息学中心的首席研究员。利诺大学大分子建模与生物信息学中心主要支持开展活细胞中大分子复合物的研究，尤其关注调控生物膜物质与信息交换的蛋白质。

    研究人员通过分析发现膜通道通向核糖体新生肽链的出口，帮助将新生蛋白质推入通道。不同类型的蛋白质利用肽链前端的一段信号序列穿过通道，并最终由信号序列决定这些蛋白或是分泌至细胞膜外，或嵌入到细胞膜中。此外，研究人员还第一次观察到在这一过程中核糖体与细胞膜表面发生了直接的相互作用。

   “这是研究人员第一次通过视觉影像观察到新生蛋白进入细胞膜的过程，”Schulten说。

    在第二项研究中，Schulten与同事们发现蛋白质是通过两个阶段嵌入到细胞膜中取得。首先，核糖体“推动”新生蛋白质进入细胞膜通道，在第二阶段蛋白质进入到细胞膜中。在这篇文中研究人员证实核糖体从细胞其他高能分子处获得化学能量，这种化学能成为最初的推动力促使高电荷蛋白质轻易地通过进入到细胞膜的非极性环境中。

（生物通：何嫱）

原文摘要：
1. Cryo-EM structure of the ribosome–SecYE complex in the membrane environment
Nature Structural & Molecular Biology Year published: (2011) DOI: doi:10.1038/nsmb.2026 Received 21 September 2010 Accepted 03 February 2011 Published online 17 April 2011

2. Free-energy cost for translocon-assisted insertion of membrane proteins
doi: 10.1073/pnas.1012758108 PNAS March 1, 2011 vol. 108 no. 9 3596-3601