新技术显示蛋白质如何从大肠杆菌细胞中移出

密苏里大学(MU)的科学家们报告说，他们使用一种新的方法来发现蛋白质如何离开大肠杆菌细胞内部，他们的发现可能对我们如何基于这些运动治疗疾病产生重要影响。他们在Science Advances上发表了他们的研究(“直接可视化大肠杆菌转运酶与脂质双分子中的前体蛋白结合”)。

“大肠杆菌通过包含SecA和转位子SecYEG的转位酶输出蛋白质。活性转位的结构变化是一般分泌系统功能的基础，但直接可视化动力学一直是一个挑战。我们使用原子力显微镜(AFM)将脂质双层中的活性转位酶成像为前体蛋白种类，核苷酸种类和易位阶段的函数。从几乎相同的初始状态开始，与半乳糖结合蛋白的前体相比，当与外膜蛋白A的前体结合时，SecA更容易与SecYEG分离，“研究者写道。

“对于仍然与易位子结合的SecA，四级结构随核苷酸而变化，主要是用二磷酸腺苷(ADP)和三磷酸腺苷填充SecA2，以及具有过渡态类似物ADP-AlF3的SecA单体。转位酶的构象在AFM成像时间尺度上表现出前体依赖性差异。在近原生条件下获得的数据表明，易位过程因前体物种而异。“

“蛋白质就像可以在细胞中携带信息和材料的载体，”慕容文理学院物理学副教授，生物化学联合副教授Gavin King博士说。“我们专注于大肠杆菌的细胞，它们有两个膜。我们观察到，当蛋白质离开细胞的内膜时，细胞会调整蛋白质通过通道传递的方式，具体取决于所运输蛋白质的类型。“

King与Linda Randall博士，生物化学荣誉教授合作。Randall验证了大肠杆菌细胞在其自然环境之外的运输功能。一旦验证，样品被送到King，King的团队使用原子力显微镜研究大肠杆菌蛋白质的运动。与先前的蛋白质冷冻研究不同，原子力显微镜允许研究人员观察在与其自然环境非常相似的流体环境中移动的蛋白质。

“在我们研究之前，有两种描述蛋白质如何穿过细胞膜的方式 - 一种类似于汽车发动机的活塞式活动，或称为布朗式棘轮的更永恒的运动，”金说。“这两种模型都没有根据运输蛋白质的类型来解释差异。正如不同类型的车辆移动方式不同，不同类型的蛋白质也是如此。我们用来描绘蛋白质运动的地图表明，自然界可能比以前想象的要复杂得多。“

研究人员指出，这些研究结果提供了细胞如何发送和接收材料和信息的基本知识。例如，药物可以通过膜以影响细胞，并且类似地，一些信息必须通过膜通道以离开细胞。虽然除了大肠杆菌之外的其他细胞可能没有大肠杆菌的确切蛋白质运输系统，King说，所有细胞都存在类似的系统。