2022年4月5日訊/生物谷BIOON/---在一項(xiàng)新的研究中，來自中國浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院和美國加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員發(fā)現(xiàn)作為一種微小的單細(xì)胞生物，四膜蟲（Tetrahymena）原來隱藏著一個(gè)驚人的秘密：它的呼吸作用---利用氧氣產(chǎn)生細(xì)胞能量---與植物、動(dòng)物或酵母等其他生物不同。這一發(fā)現(xiàn)突出了結(jié)構(gòu)生物學(xué)中新技術(shù)的力量，并揭示了我們對(duì)生命之樹的一個(gè)主要分支的認(rèn)識(shí)差距。相關(guān)研究結(jié)果于2022年3月31日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“Structures of Tetrahymena’s respiratory chain reveal the diversity of eukaryotic core metabolism”。

論文共同**作者、加州大學(xué)戴維斯分校分子與細(xì)胞生物學(xué)系博士后研究員Maria Maldonado說，“我們?cè)菊J(rèn)為我們通過研究其他生物了解了呼吸作用，但是這項(xiàng)新的研究讓我們看到了我們還有多少不了解的地方。”

四膜蟲是一種自由生活的單細(xì)胞生物，通常通過拍打它們的纖毛在池塘周圍安靜地游泳。像我們一樣，它們是真核生物，它們的遺傳物質(zhì)存在于細(xì)胞核中。它們屬于一個(gè)龐大而多樣的生物群體，稱為SAR超級(jí)組（supergroup）。除了少數(shù)例外，比如瘧原蟲，對(duì)SAR超級(jí)組的研究很少。Maldonado說，“它們?cè)谏锶χ姓紦?jù)了一個(gè)很大的比例，但是我們并不怎么考慮它們。”

論文通訊作者、加州大學(xué)戴維斯分校生物科學(xué)學(xué)院分子與細(xì)胞生物學(xué)助理教授James Letts說，像所有其他真核生物和一些**一樣，四膜蟲通過呼吸作用消耗氧氣來產(chǎn)生能量。

氧氣是在呼吸作用所涉及的一系列化學(xué)反應(yīng)的*后出現(xiàn)的。電子通過位于線粒體內(nèi)膜中稱為嵴的結(jié)構(gòu)中的蛋白鏈。這促使氧和氫原子形成水，泵送質(zhì)子穿過細(xì)胞膜，這接著又促使ATP的形成，而ATP是細(xì)胞的化學(xué)能量?jī)?chǔ)存單位。這種電子傳遞鏈?zhǔn)侨祟惡推渌婧松锘谘鯕獾暮粑饔玫幕A(chǔ)。

結(jié)構(gòu)生物學(xué)中的新方法

Letts說，有一些線索已表明四膜動(dòng)物的電子傳遞鏈有一些不同之處。在20世紀(jì)70年代和80年代，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)它的電子攜帶蛋白---細(xì)胞色素c---和電子傳遞鏈末端的氧氣消耗酶---與植物和動(dòng)物的功能不同。在此之前，人們還不清楚這些酶如何或?yàn)楹卧谒哪はx中出現(xiàn)差異，因?yàn)檫@些酶在其他研究的真核生物中是保守的。

Maldonado、Letts和論文共同**作者、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Long Zhou使用結(jié)構(gòu)生物學(xué)中的新方法來揭示四膜蟲的電子傳遞鏈。這些方法包括低溫電鏡結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)方法，即在混合的樣品中同時(shí)找出大量蛋白的結(jié)構(gòu)。

低溫電鏡將樣品冷凍到極低的溫度，從而產(chǎn)生近原子分辨率的圖片。這些作者沒有對(duì)單一的、純化的蛋白進(jìn)行成像，而是使用從線粒體膜中分離出來的混合樣本，然后教導(dǎo)了一種識(shí)別相關(guān)結(jié)構(gòu)的算法。

通過這種方式，這些作者能夠掃描數(shù)十萬張蛋白圖片，并在近原子分辨率下識(shí)別三個(gè)大組合中277個(gè)蛋白的結(jié)構(gòu)，這些蛋白代表了四膜蟲電子傳遞鏈。其中的一些蛋白在已知的四膜蟲基因組數(shù)據(jù)庫中沒有匹配的基因---這表明在現(xiàn)有的參考基因組中肯定存在空白。

Letts說，通過揭示我們對(duì)一種相當(dāng)常見的生物的知識(shí)差距，這項(xiàng)新的研究顯示了我們?cè)谏锒鄻有苑矫娴拿c(diǎn)。他說，這也顯示了這些新方法在結(jié)構(gòu)生物學(xué)中作為發(fā)現(xiàn)工具的潛力。（生物谷 Bioon.com）