近日來自美國伊利諾大學(xué)的科學(xué)家們第一次詳細(xì)地了解了促使新生蛋白質(zhì)從核糖體嵌入細(xì)胞膜的化學(xué)與機(jī)械相互作用。相關(guān)研究論文分別發(fā)表在國際著名期刊《自然結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》（Nature Structural and Molecular Biology）和《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。 

    在第一篇文章中，研究人員獲得了膜蛋白嵌入過程關(guān)鍵階段的一個(gè)原子接一個(gè)原子（atom-by-atom）的快照：此時(shí)正值核糖體停泊至細(xì)胞膜的通道處，新生蛋白蜿蜒進(jìn)入到細(xì)胞膜中。

    在這項(xiàng)研究中，美國伊利諾大學(xué)的計(jì)算機(jī)理論科學(xué)家與德國慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家們展開了協(xié)作。研究人員通過低溫電子顯微鏡獲得了膜蛋白嵌入細(xì)胞膜瞬間的圖像，并利用先進(jìn)的計(jì)算方法初步揭示了核糖體、細(xì)胞膜、膜通道及新生蛋白質(zhì)相互作用的機(jī)制。

   “我們領(lǐng)用冷凍電子顯微成像結(jié)合核糖體與其他分子的結(jié)構(gòu)信息構(gòu)建了一個(gè)原子接一個(gè)原子的全系統(tǒng)模型，”伊利諾大學(xué)物理學(xué)與生物物理學(xué)系教授Klaus Schulten說：“這一由核糖體、細(xì)胞膜及其他元件組成的模型由超過300萬個(gè)原子模擬組成?！盨chulten是美國國立衛(wèi)生研究員資助的伊利諾大學(xué)大分子建模與生物信息學(xué)中心的首席研究員。利諾大學(xué)大分子建模與生物信息學(xué)中心主要支持開展活細(xì)胞中大分子復(fù)合物的研究，尤其關(guān)注調(diào)控生物膜物質(zhì)與信息交換的蛋白質(zhì)。

    研究人員通過分析發(fā)現(xiàn)膜通道通向核糖體新生肽鏈的出口，幫助將新生蛋白質(zhì)推入通道。不同類型的蛋白質(zhì)利用肽鏈前端的一段信號(hào)序列穿過通道，并最終由信號(hào)序列決定這些蛋白或是分泌至細(xì)胞膜外，或嵌入到細(xì)胞膜中。此外，研究人員還第一次觀察到在這一過程中核糖體與細(xì)胞膜表面發(fā)生了直接的相互作用。

   “這是研究人員第一次通過視覺影像觀察到新生蛋白進(jìn)入細(xì)胞膜的過程，”Schulten說。

    在第二項(xiàng)研究中，Schulten與同事們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)是通過兩個(gè)階段嵌入到細(xì)胞膜中取得。首先，核糖體“推動(dòng)”新生蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞膜通道，在第二階段蛋白質(zhì)進(jìn)入到細(xì)胞膜中。在這篇文中研究人員證實(shí)核糖體從細(xì)胞其他高能分子處獲得化學(xué)能量，這種化學(xué)能成為最初的推動(dòng)力促使高電荷蛋白質(zhì)輕易地通過進(jìn)入到細(xì)胞膜的非極性環(huán)境中。