科学家揭示能量跨膜运输新机制
科学家揭示能量跨膜运输新机制
中国科学院分子植物科学卓越创新中心范敏锐团队联合多家机构，首次揭示了病原体和植物叶绿体ATP运输蛋白的三维结构及其能量跨膜运输机制，为开发新型抗生素和提高作物产量提供了重要线索。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员范敏锐团队，联合西湖大学研究员吴旭冬团队、复旦大学研究员张金儒团队和浙江大学研究员苏楠楠团队，首次解析了病原体、植物叶绿体腺苷三磷酸（ATP）运输蛋白的三维结构及运输ATP的分子机制，为设计药物治疗相关疾病以及改造蛋白提高作物产量提供了重要思路。3月13日，相关研究发表于《自然》。
范敏锐团队，从左到右分别为林华建，范敏锐，李天明，李文娟
专性胞内病原体，如引起性传播疾病和传染性失明的沙眼衣原体、引起流行性斑疹伤寒的立克次氏体等，因自身能量代谢能力退化，需依赖宿主细胞获取ATP。它们的细胞膜上存在一种特殊的蛋白质，能够将宿主细胞的ATP转运到病原体内部，并将其水解产物核苷二磷酸（ADP）和磷酸根（Pi）等量地运回宿主细胞，从而“窃取”宿主细胞能量，实现生长繁殖。该蛋白被称为ATP/ADP运输蛋白（NTT），同样存在于植物叶绿体等质体细胞器，帮助叶绿体高效利用细胞能量，被认为在蓝细菌通过内共生方式向叶绿体的演化过程中起重要作用。尽管NTT研究已有50多年，其具体的ATP识别和跨膜运输机制仍不清晰，阻碍了药物设计和蛋白改造的进展。
此项研究中，研究团队首次解析了肺炎衣原体和植物叶绿体NTT蛋白的高分辨率三维结构，发现二者尽管来源不同，但三维结构高度相似，印证了叶绿体NTT蛋白来源于衣原体的假说。进一步研究表明，ATP（或ADP+Pi）结合位点位于NTT蛋白中央，由保守的氨基酸特异识别ATP，此外，NTT蛋白由N端和C端两个相对刚性的结构域组成，二者之间通过相对摆动促进ATP结合、跨膜运输和释放。
NTT介导的ATP跨膜运输过程。图片均由研究团队提供
研究团队表示，该研究揭示了衣原体和叶绿体NTT蛋白识别及跨膜运输ATP的分子机制，为开发针对专性胞内病原体的新型抗生素提供了分子基础。同时，研究结果不仅深化了对叶绿体内共生过程中跨膜能量传递机制的理解，也有助于改造NTT蛋白提升作物光合作用效率和农业增产。