研究揭示了細(xì)菌細(xì)胞器如何組裝

科學(xué)家們正在提供一個(gè)完整的細(xì)菌微區(qū)室的最清晰的視角，在原子級(jí)解析中揭示了細(xì)胞器蛋白質(zhì)殼的結(jié)構(gòu)和組裝。由能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)和密歇根州立大學(xué)(MSU)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)工作將刊登在6月23日出版的“科學(xué)”雜志上。他們研究了一種名為Haliangium ochraceum的海洋粘液細(xì)菌的細(xì)胞器殼。

相應(yīng)的作者，伯克利實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)生物學(xué)家謝麗爾克爾菲爾德說(shuō)：“這是相當(dāng)上鏡的。”他是MSU-DOE植物研究實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合任命教授。“但更重要的是，它提供了完整細(xì)菌細(xì)胞膜的外殼的第一張照片。擁有細(xì)菌細(xì)胞器膜的完整結(jié)構(gòu)視圖可以幫助提供有效目的的抗病原體或生物工程細(xì)菌細(xì)胞器的重要信息。”

克爾費(fèi)爾德指出，這些細(xì)胞器或細(xì)菌微室(BMCs)被一些細(xì)菌用來(lái)固定二氧化碳。了解微區(qū)膜如何組裝，以及它如何讓一些化合物通過(guò)而阻礙其他化合物，可能有助于研究增強(qiáng)碳固定，更廣泛地說(shuō)，生物能源。這類細(xì)胞器還可以幫助許多類型的致病菌代謝正常的非病原微生物無(wú)法獲得的化合物，從而使病原體具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

作者指出，這些細(xì)胞器內(nèi)的內(nèi)容決定了它們的特定功能，但BMC蛋白質(zhì)膜的整體結(jié)構(gòu)基本相同。微區(qū)室殼提供選擇性滲透屏障，其將其內(nèi)部的反應(yīng)與電池的其余部分分開(kāi)。這使得多步反應(yīng)的效率更高，防止不期望的干擾，并限制可能由包封的反應(yīng)產(chǎn)生的有毒化合物。

與真核細(xì)胞的基于脂質(zhì)的膜不同，細(xì)菌微室(BMC)具有由蛋白質(zhì)制成的多面體殼。

研究的主要作者，伯克利實(shí)驗(yàn)室分子生物物理和綜合生物成像(MBIB)部門的MSU高級(jí)研究助理兼附屬科學(xué)家Markus Sutter說(shuō)：“通過(guò)膜的東西是毛孔。”“對(duì)于基于脂質(zhì)的膜，有膜蛋白可以分子??穿過(guò)。對(duì)于BMCs，殼體已經(jīng)由蛋白質(zhì)組成，因此BMCs的殼蛋白不僅具有結(jié)構(gòu)作用，它們還負(fù)責(zé)選擇性的底物轉(zhuǎn)移。蛋白質(zhì)膜。“

早期的研究揭示了構(gòu)成BMC殼的各個(gè)組分，但對(duì)整個(gè)細(xì)胞器進(jìn)行成像具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗馁|(zhì)量大約為6.5兆道爾頓，大約相當(dāng)于650萬(wàn)個(gè)氫原子的質(zhì)量。這種大小的蛋白質(zhì)隔室可容納多達(dá)300種平均大小的蛋白質(zhì)。

研究人員能夠展示五種不同類型的蛋白質(zhì)是如何形成三種不同形狀的：六邊形，五邊形和一對(duì)堆疊的六邊形，它們組合在一起形成一個(gè)20面的二十面體殼。

完整的殼和組分蛋白在伯克利實(shí)驗(yàn)室結(jié)晶，并且在伯克利實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)光源和斯坦福同步輻射光源(DOE Office of Science User Facilities)收集X射線衍射數(shù)據(jù)。

該研究的作者說(shuō)，通過(guò)使用本文的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，研究人員可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究分子如何穿過(guò)這種蛋白質(zhì)膜的機(jī)制，并建立用于碳捕獲或生產(chǎn)有價(jià)值化合物的定制細(xì)胞器。

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