我國(guó)科學(xué)家揭示細菌鞭毛馬達結構和工作機制
來源：本站發(fā)布日期：2021/06/02 17:45:51
1秒鍾跑出自己身長(cháng)60倍、甚至100倍的距離是很多細菌具有的運動能(néng)力。細菌的運動能(néng)力依賴于其特異的運動器官—鞭毛。鞭毛是一個巨大的納米機器，由細胞膜上的馬達、胞外接頭裝置和鞭毛絲組成(chéng)，是自然界中最高效、最精密的分子引擎，也是最複雜的蛋白質機器之一，能(néng)夠每秒鍾旋轉300-2400圈。由于其高度複雜性，鞭毛馬達的工作原理尚未得到揭示。
在國(guó)家重點研發(fā)計劃“蛋白質機器與生命過(guò)程調控”重點專項的支持下，浙江大學(xué)研究團隊利用冷凍電鏡技術解析了來源于病原菌沙門氏菌的天然狀态下的鞭毛馬達-接頭裝置複合物的原子分辨率冷凍電鏡結構，該複合物包含12種(zhǒng)蛋白，共計175個亞基，總分子量超過(guò)6.3 MDa。該團隊首先解析了整體鞭毛馬達-接頭複合物的3.9 Å結構，之後(hòu)進(jìn)行了局部細化解析，最終將(jiāng)聯動杆、外膜-周質環、内膜環、分泌裝置以及接頭裝置等鞭毛馬達不同部位的局部分辨率依次達到3.2 Å、2.8 Å、3.6 Å、3.2 Å和3.4 Å。研究團隊還(hái)揭示了鞭毛馬達帶動鞭毛絲高速轉動的機制：内膜環克服馬達内部的結構不對(duì)稱性向(xiàng)聯動杆傳輸扭矩；外膜-周質環驅動聯動杆高速旋轉；聯動杆通過(guò)緊密的管狀結構與接頭裝置相連，將(jiāng)扭矩傳遞至接頭裝置，進(jìn)而帶動鞭毛絲的轉動，像潛艇螺旋槳一樣驅動了細菌的運動。該研究首次揭示了細菌鞭毛馬達獨特的高分辨率精細結構及其組裝和扭矩傳輸機制，闡釋了鞭毛馬達的工作原理。
該研究有利于更好(hǎo)地了解微觀世界的分子發(fā)動機，也爲相關的合成(chéng)生物學(xué)、生物物理學(xué)、納米機器人等研究奠定了堅實的基礎，研究成(chéng)果近期發(fā)表在Cell雜志上。
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