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《細菌視紫紅質(zhì)研究的新進展》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、生物物理學(xué)報第十七卷第三期二○○一年九月ACTABIOPHYSICASINICAVol.17No.3Sept.2001細菌視紫紅質(zhì)研究的新進展*陳德亮,胡坤生(中國科學(xué)院生物物理研究所,北京100101)摘要:細菌視紫紅質(zhì)(bR)自六十年代末發(fā)現(xiàn)以來,一直是膜蛋白領(lǐng)域研究的熱點之一,bR不僅在基礎(chǔ)理論研究方向有著深遠的意義,而且也有著廣泛的應(yīng)用前景。對bR的結(jié)構(gòu)、質(zhì)子泵功能、折疊機制等研究前沿進行概述。關(guān)鍵詞:細菌視紫紅質(zhì)(bR);結(jié)構(gòu);質(zhì)子泵;水分子;折疊中圖分類號:Q632文獻標識碼:A文章編號:1000-6737(2001)03-0441-08細菌視紫紅質(zhì)(
2、bR)是自然界一種較小的膜蛋白,由248個氨基酸組成,分子量約為26kD,第216位的賴氨酸通過希夫堿基和生色團視黃醛分子相連,并以7個α螺旋的基本二[1]級結(jié)構(gòu)跨膜定位于嗜鹽菌的質(zhì)膜上。天然狀態(tài)下,每3個bR單體組成三聚體,構(gòu)成六角形[2]二維晶格的膜片層-紫膜(PM)。bR的功能是吸收光能,將質(zhì)子由細胞膜內(nèi)泵到細胞膜外,產(chǎn)生電化學(xué)勢能,從而提供生命活動所需的能量。自從bR被發(fā)現(xiàn)以來,已有5000多篇的相關(guān)文章在國際知名刊物上發(fā)表,《Nature》和《Science》幾乎每年都有不少bR的研究綜述和突破性進展的論文發(fā)表。BR之所以吸引了世界上如此多的科學(xué)家的關(guān)注
3、,是因為:bR是一個簡單的膜蛋白,可以為研究細胞膜受體蛋白(G蛋白偶聯(lián)的7個α螺旋跨膜受體蛋白家族)提供模型,也有助于闡明藥物與人體細胞靶受[3]體以及信號傳導(dǎo)途徑中的受體與信號的相互作用機制;同時bR又是細胞膜上離子通道的原型蛋白,其跨膜轉(zhuǎn)運質(zhì)子的機制可以為其它的離子通道蛋白的結(jié)構(gòu)功能的研究起到指導(dǎo)性[4]作用;最后,bR的光電響應(yīng)和光致變色特性使其在太陽能電池、人工視網(wǎng)膜、光信息存儲、神[5-7]經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、生物芯片等應(yīng)用領(lǐng)域有著廣闊的前景。隨著生物化學(xué)、生物物理以及結(jié)構(gòu)生物學(xué)等學(xué)科的前沿技術(shù)的應(yīng)用,目前bR已成為研究得最熱和最透徹的膜蛋白之一。本文僅簡單介紹在該
4、領(lǐng)域近幾年來的主要研究進展和展望。1細菌視紫紅質(zhì)的結(jié)構(gòu)研究進展bR由248個氨基酸組成,其基本結(jié)構(gòu)是垂直于細胞膜表面的A、B、C、D、E、F、G的7個α[8]螺旋,C端在細胞膜內(nèi)側(cè),N端在細胞膜外側(cè)。X射線衍射晶體學(xué)和電子晶體學(xué)一直是研究bR結(jié)構(gòu)的主要技術(shù),bR結(jié)構(gòu)的解析為bR各分支領(lǐng)域研究提供了動力并奠定了基礎(chǔ)。1975年,Henderson實驗室應(yīng)用電子顯微鏡、圖象重構(gòu)和X射線分析技術(shù),首次解析得到收稿日期:2001-02-19基金項目:中科院“九五”重大項目和國家自然科學(xué)基金重點項目資助作者簡介:陳德亮,在讀研究生,電話:64888579,E-mail:hu
5、ks1401@sun5.ibp.ac.cn.*通訊聯(lián)系人?1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net442生物物理學(xué)報2001年[9]分辨率為7!的bR的二維晶體結(jié)構(gòu),這項先驅(qū)性的工作為bR以及其它膜蛋白的結(jié)構(gòu)研究奠定了基礎(chǔ)。1990年,伴隨電子晶體學(xué)的發(fā)展,bR結(jié)構(gòu)的解析有了突破性的進展。在3.5!分辨率下,[10]得到了bR主鏈骨架的7個α螺旋的空間結(jié)構(gòu)。1996年,Grigorieff在此基礎(chǔ)上又提出了更[11]精確的
6、結(jié)構(gòu)模型,但bR的α螺旋以外的結(jié)構(gòu)區(qū)域沒有得到準確的空間信息。1997年,YoshiakiKimura等人利用低溫電子顯微鏡首次揭示了bR的表面結(jié)構(gòu)[12]信息。在3!地分辨率下,連接7個α螺旋的區(qū)域呈現(xiàn)明顯的反平行β折疊、β轉(zhuǎn)角和伸出膜外的α螺旋的長鏈部分,同時得到了質(zhì)子通道內(nèi)部以及bR表面的電荷數(shù)量和分布的情況,如[12]圖1所示。同年,EvaPebay-Peyroula及其合作者利用X射線晶體衍射技術(shù),得到了更高[13]分辨率(2.5!)的結(jié)構(gòu)信息,并首次給出了在質(zhì)子通道內(nèi)部的水分子的位置。FK172K166GcaR175R227AR225EE161R164
7、K30D96K159D36D102D104D38K40K41BDCdbK129DCBR134D85R82R7EE74E9AE204E194GFFig.1Chargedistributioninbacteriorhodopsin.achargedistributiononthecytoplasmicsideofthemembrane.bchargedistributionontheex2tracellularsideofthemembrane.csolidsurfaceviewofthecytoplasmic[12]sideofbR.dsolidsurfacevie
8、wofth