3月13日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心范敏銳研究員團隊聯合西湖大學吳旭冬研究員團隊、復旦大學張金儒研究員團隊和浙江大學蘇楠楠研究員團隊在國際學術期刊《自然》（Nature）發表論文，首次解析病原體/植物葉綠體ATP（腺苷三磷酸）運輸蛋白的三維結構及運輸ATP的分子機制。這一研究為設計藥物治療相關疾病以及改造蛋白提高作物產量提供了重要思路。
ATP是腺苷三磷酸的簡稱，是一種核苷酸，它是細胞內的主要“能量貨幣”。所有生物體都依賴能量來維持基本的生理功能，而過去40多年研究發現，能量代謝缺陷的細胞內寄生病原體可以從宿主細胞獲取ATP，但具體的分子機制一直不清楚。
以人體為例，人體中ATP的總量只有大約0.1摩爾。人體細胞每天的能量需要水解200-300摩爾的ATP，這意味著每個ATP分子每天要被重復利用2000-3000次。ATP不能被儲存，因為ATP的合成后必須在短時間內被消耗。如果病原體“瘋狂”獲取ATP，影響到正常細胞攝入ATP，那么人就會生病。
在自然界中，一類特殊的病原體必須寄生在宿主細胞內部才能存活，被稱為專性胞內病原體。這些病原體包括沙眼衣原體（引發性傳播疾病和傳染性失明）、肺炎衣原體（引發非典型肺炎）、立克次氏體（引發流行性斑疹傷寒）及微孢子蟲（在免疫力低下人群中引發微孢子蟲病）等。
研究發現，這些專性胞內病原體由于自身能量代謝能力退化，無法獨立產生足夠ATP，因此必須從宿主細胞獲取能量。在它們的細胞膜上存在一種特殊的蛋白質——ATP/ADP（腺苷三磷酸/腺苷二磷酸）運輸蛋白（NTT），它能將宿主細胞的ATP轉運到病原體內部，并將ADP和磷酸根（Pi）運回宿主細胞。病原體既能偷偷“竊取”宿主細胞能量，又能不讓宿主“覺察到”，從而實現生長繁殖。
NTT蛋白對病原體生存有一定的重要性，早期研究提出若能抑制其活性，則可能開發出新型抗生素或治療藥物。另一方面，增強葉綠體或淀粉體NTT蛋白的活性，可能提高植物光合作用效率，增加農作物產量。然而，盡管NTT研究已有50多年，其具體的ATP識別和跨膜運輸機制仍不清晰，阻礙了藥物設計和蛋白改造的進展。
范敏銳團隊與合作者首次解析了肺炎衣原體和植物葉綠體NTT蛋白的高分辨率三維結構，發現盡管二者來源不同，但三維結構高度相似，印證了葉綠體NTT蛋白來源于衣原體的假說。研究發現ATP（或ADP+Pi）結合位點位于NTT蛋白中央，由保守的氨基酸特異識別ATP。結合結構分析和功能實驗，研究表明NTT蛋白由N端和C端兩個相對剛性的結構域組成，二者之間通過相對擺動促進ATP結合、跨膜運輸和釋放。
據介紹，這一研究揭示了衣原體和葉綠體NTT蛋白識別及跨膜運輸ATP的分子機制，為開發針對專性胞內病原體的新型抗生素提供了分子基礎，有助于改造NTT蛋白提升作物光合作用效率和農業增產。
3月13日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心范敏銳研究員團隊聯合西湖大學吳旭冬研究員團隊、復旦大學張金儒研究員團隊和浙江大學蘇楠楠研究員團隊在國際學術期刊《自然》（Nature）發表論文，首次解析病原體/植物葉綠體ATP（腺苷三磷酸）運輸蛋白的三維結構及運輸ATP的分子機制。這一研究為設計藥物治療相關疾病以及改造蛋白提高作物產量提供了重要思路。
ATP是腺苷三磷酸的簡稱，是一種核苷酸，它是細胞內的主要“能量貨幣”。所有生物體都依賴能量來維持基本的生理功能，而過去40多年研究發現，能量代謝缺陷的細胞內寄生病原體可以從宿主細胞獲取ATP，但具體的分子機制一直不清楚。
以人體為例，人體中ATP的總量只有大約0.1摩爾。人體細胞每天的能量需要水解200-300摩爾的ATP，這意味著每個ATP分子每天要被重復利用2000-3000次。ATP不能被儲存，因為ATP的合成后必須在短時間內被消耗。如果病原體“瘋狂”獲取ATP，影響到正常細胞攝入ATP，那么人就會生病。
在自然界中，一類特殊的病原體必須寄生在宿主細胞內部才能存活，被稱為專性胞內病原體。這些病原體包括沙眼衣原體（引發性傳播疾病和傳染性失明）、肺炎衣原體（引發非典型肺炎）、立克次氏體（引發流行性斑疹傷寒）及微孢子蟲（在免疫力低下人群中引發微孢子蟲病）等。
研究發現，這些專性胞內病原體由于自身能量代謝能力退化，無法獨立產生足夠ATP，因此必須從宿主細胞獲取能量。在它們的細胞膜上存在一種特殊的蛋白質——ATP/ADP（腺苷三磷酸/腺苷二磷酸）運輸蛋白（NTT），它能將宿主細胞的ATP轉運到病原體內部，并將ADP和磷酸根（Pi）運回宿主細胞。病原體既能偷偷“竊取”宿主細胞能量，又能不讓宿主“覺察到”，從而實現生長繁殖。
NTT蛋白對病原體生存有一定的重要性，早期研究提出若能抑制其活性，則可能開發出新型抗生素或治療藥物。另一方面，增強葉綠體或淀粉體NTT蛋白的活性，可能提高植物光合作用效率，增加農作物產量。然而，盡管NTT研究已有50多年，其具體的ATP識別和跨膜運輸機制仍不清晰，阻礙了藥物設計和蛋白改造的進展。
范敏銳團隊與合作者首次解析了肺炎衣原體和植物葉綠體NTT蛋白的高分辨率三維結構，發現盡管二者來源不同，但三維結構高度相似，印證了葉綠體NTT蛋白來源于衣原體的假說。研究發現ATP（或ADP+Pi）結合位點位于NTT蛋白中央，由保守的氨基酸特異識別ATP。結合結構分析和功能實驗，研究表明NTT蛋白由N端和C端兩個相對剛性的結構域組成，二者之間通過相對擺動促進ATP結合、跨膜運輸和釋放。
據介紹，這一研究揭示了衣原體和葉綠體NTT蛋白識別及跨膜運輸ATP的分子機制，為開發針對專性胞內病原體的新型抗生素提供了分子基礎，有助于改造NTT蛋白提升作物光合作用效率和農業增產。
本文鏈接：中國科學家揭示能量跨膜運輸新機制http://www.sq15.cn/show-2-11301-0.html
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