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我学者解析大肠杆菌反向转运蛋白结构

发布时间:2021-01-11 16:33:48 阅读: 来源:配电柜厂家

我学者解析大肠杆菌反向转运蛋白结构

本报讯(记者闫洁)3月11日,清华大学生命学院施一公研究组在《自然》杂志上在线发表科研论文,报道了大肠杆菌谷氨酸:γ-氨基丁酸(GABA)反向转运蛋白(GadC)的晶体结构,并结合生化实验提出了GadC转运底物的可能机制。 2011年在欧洲暴发的肠溶血性大肠杆菌疫情导致数千人感染,多人死亡,并引起了极大的社会恐慌。大肠杆菌O104:H4菌株是这一疫情的罪魁祸首。食物来源的大肠杆菌必须通过极酸的胃环境才能到达肠道,为保证在如此低的pH下仍然能够存活,大肠杆菌进化出了多个抗酸系统来对抗极酸环境。因此,研究大肠杆菌抗酸机制对人类健康有直接的重要意义。 大肠杆菌抗酸系统Ⅱ(AcidResistancesystem2)通过谷氨酸:γ-氨基丁酸反向转运蛋白(GadC)将细胞外的谷氨酸转运到细胞内,在胞浆内谷氨酸发生脱羧反应,消耗一个质子生成γ-氨基丁酸,而产物γ-氨基丁酸再被GadC转运到细胞外。整个过程相当于向细胞外排出一个质子,降低了细胞内的质子浓度,从而起到了抗酸的作用。因此,理解GadC的工作机理对于研究肠道致病菌抗酸系统十分关键。 从GadC的三维空间结构信息入手,施一公研究组解析了大肠杆菌GadC高分辨率的晶体结构。结构分析表明,含有12个跨膜螺旋的GadC在pH碱性条件下呈现出转运通道开口朝向胞内的构象。令人惊奇的是,GadC羧基端结构域在细胞内一侧像塞子一样将转运通道封闭住。 进一步的生化实验表明,GadC对底物的转运严格依赖于环境pH值:野生型GadC在pH小于6.5的环境下才具有转运能力,而在pH大于6.5的环境中完全没有活性。羧基端“塞子”结构域在GadC感受pH的过程中起到了重要的调节作用。该机制既保证了抗酸系统在极酸环境中能够启动并转运底物,又防止其在正常生理条件下造成胞内质子不必要的外流。 以上研究成果为进一步研究大肠杆菌抗酸机制提供了重要线索。这也是该研究组继2009年、2010年报道Arginine:Agmatine反向转运蛋白AdiC的结构与机理之后,在肠道细菌抗酸性研究中的又一重要成果。

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