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科学家们构建了首个人造转运蛋白

日期:2014-12-22 00:00:00

细胞膜保护人类细胞不受外界侵扰,这是一道很难穿越的分子屏障。日前,科学家们构建了首个人造转运蛋白,能够携带特定原子跨越细胞膜。这一成果开辟了一个新领域,能为纳米科技、医学等众多领域提供帮助。这项研究由加州大学、麻省理工等机构完成,发表在十二月十九日的Science杂志上,是设计和理解膜蛋白的一个重要里程碑。

 

绝大多数生物分子都无法穿过脂质的细胞膜,细胞需要通过转运蛋白来获取营养和清除代谢废物。这些精妙的分子机器镶嵌在细胞膜中,就像一个个铁面无私的看门人,只在需要的时候允许特定物质出入。科学家们几十年前就认识了转运蛋白,但一直还不清楚它们的确切作用机制。为了进一步了解转运蛋白,研究人员开始尝试从头制造这样的分子机器。他们通过计算机模拟设计转运蛋白的功能,决定其氨基酸的排列和组成。按照设计这个转运蛋白应该能够正向转运锌离子,同时反向转运质子。他们根据计算机得出的蓝图,在实验室中制造了人工分子“Rocker”。Rocker有着特殊的分子动态,能够在两个状态之间摇摆。

 

“大家兴奋的发现,Rocker在实验中成功转运了锌和质子,也的确有在两个状态之间切换,”加州大学的助理教授Gevorg Grigoryan说。“而且Rocker还表现出很大的选择性,无法转运钙离子。”(延伸阅读:Nature子刊:成功合成人造核糖体)蛋白在细胞中实行了大量的任务,包括催化、感知等等。学会设计实行特殊任务的新蛋白,就能将蛋白所能提供的丰富功能用到各种各样的领域,比如开发更好的药物、智能材料和清洁能源。

 

“大家这项研究是一个重要的进步,研究表明,计算机模拟可以将原子结构和分子动态统一起来,设计出能够实行复杂功能的蛋白,与天然分子机器媲美,”Grigoryan说。“这也是设计和理解膜蛋白的重要里程碑,这类蛋白一直是生物学研究中的一大挑战。”

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