科学家揭示能量跨膜运输新机制

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本报讯（见习记者江庆龄）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，相关研究成果发表于《自然》。
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中，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演化的过程中发挥了重要作用。尽管NTT研究已有50多年历史，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。
这项研究中，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中央，由保守的氨基酸特异识别ATP。此外，NTT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。
该研究揭示了衣原体和叶绿体NTT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奠定了分子基础。同时，研究结果不仅深化了人们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以提高作物光合作用效率和促进农业增产。
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