1秒鐘跑出自身長度數(shù)十倍的距離,是很多細菌具有的運動能力。記者21日從浙江大學獲悉,該校生命科學研究院朱永群教授團隊與醫(yī)學院張興教授團隊合作解碼細菌的運動“天賦”,首次系統(tǒng)地揭示了沙門氏菌鞭毛馬達的組裝和扭矩傳輸機制,為抗生素設(shè)計提供了新思路。相關(guān)論文日前發(fā)表于國際頂級期刊《細胞》。
世界上70%的細菌具有鞭毛,它由細菌膜上的馬達、胞外的接頭裝置和鞭毛絲組成。其中,鞭毛馬達能夠每秒旋轉(zhuǎn)300—2400圈,從而產(chǎn)生動力,通過扭矩傳輸給接頭裝置,再帶動鞭毛絲,如螺旋槳般推動細菌運動。細菌鞭毛馬達的詳細結(jié)構(gòu)、組裝機制和如何實現(xiàn)高效扭矩傳輸進而驅(qū)動鞭毛絲高速運轉(zhuǎn)的工作原理,學界此前未能破譯。
本次研究中,科研人員經(jīng)過大量嘗試,設(shè)計出了非常溫和的鞭毛馬達純化步驟,最終獲得了完整的、穩(wěn)定的鞭毛馬達與接頭裝置復(fù)合物樣品。應(yīng)用浙江大學300千伏冷凍電鏡平臺,最終首次向人們展示了鞭毛馬達的不同組件包括聯(lián)動桿、外膜環(huán)、周質(zhì)環(huán)、內(nèi)膜環(huán)、分泌裝置以及接頭裝置在內(nèi)的高分辨率結(jié)構(gòu)。
聯(lián)合團隊經(jīng)過解析發(fā)現(xiàn),鞭毛馬達含有質(zhì)子泵,可通過轉(zhuǎn)運氫離子,帶動質(zhì)子泵的轉(zhuǎn)動,將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能,繼而將扭矩傳給鞭毛馬達的內(nèi)膜環(huán),促使內(nèi)膜環(huán)的轉(zhuǎn)動。
“內(nèi)部各個結(jié)構(gòu)元件之間相互精妙的配合,使鞭毛馬達能將質(zhì)子泵轉(zhuǎn)化而來的機械能,毫無損耗地迅速傳給鞭毛絲,促進鞭毛絲高速轉(zhuǎn)動。”張興表示,這項研究通過對鞭毛馬達的結(jié)構(gòu)解析,從原子水平揭示了其工作原理,為研究這個復(fù)雜納米機器的起源進化提供了可靠的結(jié)構(gòu)信息,也為生物進化理論提供了新的視角。
關(guān)鍵詞: 馬達結(jié)構(gòu) 成功解析 抗生素
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