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更多>1秒鐘可以跑出自己身長(zhǎng)60倍,甚至100倍的距離,這是很多細(xì)菌具有的運(yùn)動(dòng)能力。浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院朱永群教授團(tuán)隊(duì)與醫(yī)學(xué)院張興教授團(tuán)隊(duì)合作,聯(lián)合揭示了沙門氏菌鞭毛馬達(dá)的原子分辨率結(jié)構(gòu),解開了困惑學(xué)界幾十年的細(xì)菌鞭毛馬達(dá)工作原理難題,揭開了細(xì)菌跑得快的秘密,為抗生素設(shè)計(jì)提供了新思路。這一研究結(jié)果近日刊發(fā)在國(guó)際期刊《細(xì)胞》上。
細(xì)菌能夠快速游動(dòng)是基于一個(gè)特殊的運(yùn)動(dòng)器官——鞭毛。鞭毛是從細(xì)菌內(nèi)部長(zhǎng)出的又細(xì)又長(zhǎng)的絲狀物,由在細(xì)菌膜上的馬達(dá)、胞外的接頭裝置和鞭毛絲組成。鞭毛馬達(dá)旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生動(dòng)力,通過扭矩傳輸給接頭裝置,然后傳給鞭毛絲,從而帶動(dòng)鞭毛絲的轉(zhuǎn)動(dòng)。鞭毛馬達(dá)是自然界中最復(fù)雜的蛋白質(zhì)機(jī)器之一,它能夠每秒鐘旋轉(zhuǎn)300圈~2400圈。世界上70%的細(xì)菌都具有鞭毛,之前微生物遺傳學(xué)家和生物化學(xué)家對(duì)鞭毛馬達(dá)進(jìn)行了大量的研究,然而其工作原理依然很不清楚。
如何完整地提取鞭毛馬達(dá)是一個(gè)難題。朱永群團(tuán)隊(duì)通過遺傳改造的方法,改變了傳統(tǒng)極易破壞結(jié)構(gòu)的酸堿處理法,設(shè)計(jì)出溫和的純化步驟,最終獲得了來源于沙門氏菌的完整的鞭毛馬達(dá)與接頭裝置的復(fù)合物樣品。
之后,該團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)冷凍電鏡中心主任張興教授合作,利用300千伏冷凍電鏡平臺(tái),收集了冷凍電鏡數(shù)據(jù),首次解析了原子分辨率的鞭毛馬達(dá)結(jié)構(gòu)。
細(xì)菌為什么跑得那么快?科研人員解析的這個(gè)鞭毛馬達(dá)結(jié)構(gòu)清晰地揭示了其中的奧秘。鞭毛馬達(dá)含有質(zhì)子泵,通過轉(zhuǎn)運(yùn)氫離子,帶動(dòng)質(zhì)子泵的轉(zhuǎn)動(dòng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,繼而將扭矩傳給鞭毛馬達(dá)的內(nèi)膜環(huán),促使內(nèi)膜環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)膜環(huán)結(jié)構(gòu)非常特殊,它不僅可以旋轉(zhuǎn)和傳輸扭矩,而且是整個(gè)鞭毛馬達(dá)的組裝底座。正因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的獨(dú)特性以及各個(gè)結(jié)構(gòu)元件之間相互精妙的配合,鞭毛馬達(dá)能將質(zhì)子泵轉(zhuǎn)化而來的機(jī)械能毫無損耗地迅速傳給鞭毛絲,促進(jìn)鞭毛絲高速轉(zhuǎn)動(dòng)。
朱永群表示,這項(xiàng)研究是細(xì)菌領(lǐng)域的一個(gè)重要突破,之前很多關(guān)于鞭毛馬達(dá)的推論現(xiàn)在被證明是不對(duì)的。自然界還有一種分子馬達(dá)叫“ATP合成酶”,研究證明鞭毛馬達(dá)的扭矩傳輸機(jī)制完全不同于ATP合成酶。這說明自然界分子馬達(dá)工作原理具有多樣性。宋黎勝
[ 責(zé)編:張夢(mèng)凡]最新推薦
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