发布日期： 2024年10月10日
来源：AAAS
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生物细胞周围的膜是非常灵活和敏感的。它如何保护自己免受损害并自我更新对许多生命过程至关重要，但目前还没有完全了解细节。德国于利希研究中心的科学家们现在已经能够使用冷冻电子显微镜获得令人着迷的新见解。从植物、藻类和细菌的光合器官中已知的膜蛋白Vipp1可以形成各种结构，这些结构可以作为稳定细胞膜的工具，并在必要时加强细胞膜。
在第二项研究中，研究人员还对细菌中发现的相关蛋白PspA的功能有了新的认识。Vipp1和PspA这两种分子都具有不同寻常的可塑性，可以采用不同的结构，形成不同直径的环和管。
细胞膜有许多重要的功能。例如，它保护细胞内部不受环境的影响。同时，营养物质通过细胞膜被吸收，废物被排出体外，信号在细胞间传递。尽管它的核心作用，细胞膜也非常敏感。它由一层薄薄的脂质组成，尽管脂质本身具有保护作用，但也容易受到物理压力和拉伸或化学影响引起的压力的影响。紫外线辐射或毒素等环境因素也会损害细胞膜。
例如，在植物细胞中，强光会严重压迫甚至破坏叶绿体的膜，而叶绿体是进行光合作用的地方。因此，像Vipp1这样的蛋白质对细胞的生存至关重要，因为它们保护膜结构并在必要时进行修复。
这一机制究竟是如何起作用的尚不完全清楚。然而，多亏了恩斯特鲁斯卡中心最先进的低温电子显微镜，研究人员现在已经能够对Vipp1与细胞膜之间的相互作用有了新的认识。他们发现Vipp1在细胞膜上形成地毯状结构并使其稳定。此外，他们还发现了由充满膜的Vipp1制成的环状复合物和管，它们可能“夹住”受损的膜区域，也可能连接两个独立的膜。
这些新发现为蛋白质Vipp1和PspA改变细胞膜的能力提供了新的见解，从而保护细胞中的重要过程。这些发现可能有助于未来新的生物技术应用的发展，例如生物材料的生产或植物光合作用的优化。Vipp1尤其重要，因为它参与类囊体膜的形成和维持，类囊体膜是植物细胞叶绿体中发生光合作用的光反应，即光转化为化学能的膜。有趣的是，其基本机制与ESCRT-III蛋白高度相似，后者在人类细胞中也高度保守。这些蛋白质在进化过程中基本保持不变，这表明了一种重要的功能。因此，更好地了解这些蛋白质的结构和功能可能会导致开发新的药物，如抗生素，以细胞膜中的过程为目标。
这两项研究都使用了德国于利希研究中心Ernst Ruska-Centre (ER-C)最先进的低温电子显微镜。显微镜使研究人员能够在原子分辨率下研究蛋白质，并观察到它们在不同寻常的大量结构状态下以及蛋白质与膜之间的相互作用。这些研究是与美因茨约翰内斯古腾堡大学德克施耐德教授研究小组建立的合作的一部分。
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