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    理科论文解读!新的研究揭示了人类线粒体中核糖体形成的机制

    发布日期:2021-02-20 13:27 化学论文

    2021年2月20日/生物谷生物网络/-在一项新的研究中,来自瑞典斯德哥尔摩大学、卡罗林斯卡研究所、美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所、迈阿密大学、芬兰赫尔辛基大学和英国纽卡斯尔大学的研究人员使用英国DIA光源电子生物成像中心的低温电磁首次揭示了人体内能量生产者是如何形成的。相关研究成果发表在2021年2月19日的《科学》杂志上,题目为“膜系留线粒体蛋白合成的机制”。

    本文报道了对人线粒体膜系锚蛋白合成分子机制的深入了解。这是对人类线粒体线粒体核糖体是如何工作的一个基本的新认识,可以解释线粒体是如何受到突变和功能障碍的影响,从而导致耳聋和包括癌症在内的其他紊乱和疾病。

    线粒体是细胞中的细胞器,在我们体内充当着微小但强大的能量工厂。它们利用我们吸入的氧气和我们吃的食物的衍生物产生90%以上的能量,从而有效地支持我们的生活。线粒体对于心脏、肝脏、肌肉、大脑等高能量需求器官尤为重要。例如,每个心肌细胞有近40%是由线粒体组成的。

    线粒体中的大部分能量产生是在整合在特殊膜中的自然进化的纳米工厂中进行的。这些纳米工厂由蛋白质组成,它们协同运输离子和电子,产生我们身体的化学能货币(ATP)。在细胞分裂过程中,线粒体必须得到不断的维护、替换和复制。为了解决这个问题,线粒体有了自己的蛋白质制造机,也就是螺纹年,人们基本上第一次了解到线粒体核糖体的出现。

    这篇论文的合著者、斯德哥尔摩大学生命科学实验室分子相互作用生物学项目负责人阿列克谢阿蒙茨(Alexey Amunts)说:“七年前,我们对酵母线粒体核糖体的研究被称为分辨率革命。这项新的研究代表了在原有突破基础上的又一进展。它不仅以前所未有的细节揭示了人类线粒体核糖体是如何形成的,还解释了驱动生物能为生命提供燃料的分子机制。”

    “分辨率革命”一词是在科学杂志上首次成功测定线粒体核糖体结构后创造的。这代表了一种用冷冻电镜了解分子结构的创新方法。然而,对这种结构的初步理解只揭示了静态模型的一部分。而线粒体核糖体是一种灵活的分子机器,需要其各部分的相对运动才能发挥作用。因此,在这项新的研究中,这些研究人员使用DIA光源电子生物成像中心收集的冷冻电磁数据获得了30多倍的数据,使他们能够描述蛋白质合成和与膜衔接蛋白结合过程中的构象变化。

    阿蒙茨补充说,“我们的研究揭示了这种动态分子机制,解释了线粒体核糖体实际上是如何形成细胞能量工厂的,并揭示了线粒体核糖体比以前想象的更灵活和活跃。这种内在构象变化的发现代表了线粒体核糖体的门控机制,而线粒体核糖体在细菌和细胞质系统之间没有相似之处。这些数据共同提供了关于蛋白质在人类线粒体中是如何合成的分子见解。”

    DIA光源电子生物成像中心首席电子显微镜科学家塞维多夫查班评论道:“在DIA光源领域,我们正在推动物理和生命科学领域的测量极限。这一最新进展归功于我们的团队,我们现在可以定期进行测量。阿列克谢的研究工作最重要的一个方面是人类线L蛋白之间的相互作用和相关的灵活性。人类线粒体核糖体是柔性的这一事实并不新奇,但与OXA1L相互作用相关的特殊柔性却是新奇的。这对包括呼吸链蛋白在内的膜蛋白的合成非常重要。总的来说,这项研究大大拓宽了我们对线粒体核糖体功能的理解。阿蒙茨实验室进行的这项研究解开了另一个谜,即我们所知的创造生命所需的基本生物过程。”

    40年前人类线粒体基因组测序是线粒体研究的一个转折点,它假设了一种合成线粒体跨膜蛋白的特定机制。事实上,这种发现的人类线粒体核糖体门控机制代表了一种独特的现象。因此,这些结构数据为我们提供了生物能蛋白在体内是如何合成的基本认识。(生物谷

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