氨在細(xì)菌中含量豐富，而且紅血球攜帶較高濃度的這種物質(zhì),，但是人類大腦卻不能耐受這種物質(zhì)。細(xì)胞獲取或者處理氨的能力關(guān)乎細(xì)胞的生死存亡,。在9月10日的Science上,，UCSF的研究人員公布了控制氨進(jìn)出細(xì)胞通道的首個(gè)原子水平的結(jié)構(gòu)圖。
這個(gè)在Science上的描繪的復(fù)雜結(jié)構(gòu)是到目前為止敘述的最為詳盡的細(xì)胞膜通道。第一作者Robert Stroud說,，這個(gè)結(jié)構(gòu)能幫助我們了解常常因氨中毒引起的威脅生命的疾病的分子基礎(chǔ),，并且能為設(shè)計(jì)治療這些疾病的藥物提供模板。
研究人員說,，通道構(gòu)造信息還可能有助于了解氨,、一氧化碳和其它氣體的攝入、在細(xì)胞間的轉(zhuǎn)運(yùn)和排泄等過程,。
其它細(xì)胞膜通道的三維結(jié)構(gòu)（傳遞水分和離子的通道）在過去的6年里有了一些報(bào)道,。2000年，Stroud的研究組首次發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)構(gòu)和傳導(dǎo)水分的通道的作用機(jī)制,。
為了確定氨通道的結(jié)構(gòu),，UCSF的研究人員集中研究了AmtB——一種促進(jìn)細(xì)菌攝取氨的蛋白質(zhì)。細(xì)菌中的AmtB是一個(gè)具有非常相似的氨基酸序列和功能的蛋白通道的“超級家族”中的一員,。人類細(xì)胞中具有這個(gè)細(xì)胞膜通道超級家族中的四個(gè)成員,。它們就是RH因子，即最常見的紅血球表面的Rh血型抗原,。
Stroud說,，Rh抗原只是在最近發(fā)現(xiàn)能夠作為橫跨細(xì)胞膜的通道，這些通道能夠調(diào)節(jié)氨氣和一氧化碳進(jìn)出紅血球的運(yùn)動(dòng)過程,。紅血球?qū)睆囊恍┙M織中運(yùn)送到腎臟并將一氧化碳運(yùn)送到肺中,。這些氣體因此可以從這些器官中進(jìn)行排泄。
“知道了Rh因子的作用方式,，我們現(xiàn)在就能知道氨從組織被運(yùn)送到腎臟的基礎(chǔ)和腎臟排泄氨的分子機(jī)制,，”Stroud解釋說。
Stroud說,，“氨被AmtB轉(zhuǎn)運(yùn)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)對人類Rh因子的了解也是非常重要的,，人類Rh因子的傳導(dǎo)機(jī)器的氨基酸序列微小差別能導(dǎo)致它們通道中的細(xì)微區(qū)別。而且這個(gè)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)提供了氨轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié)和定位的信息,。”
利用X射線晶體學(xué)技術(shù),，研究人員確定了這個(gè)通道的結(jié)構(gòu)，并且其分辨率空前的高——1.35埃,。在這項(xiàng)技術(shù)中,，蛋白質(zhì)被結(jié)晶并暴露在強(qiáng)烈的X射線中。當(dāng)X射線因晶體中的電子發(fā)生散射時(shí),，其散射模式可以將蛋白結(jié)構(gòu)中每個(gè)原子的相對的三維位置顯示出來,。
這項(xiàng)研究揭示出AmtB通道有三種。Stroud說,，已經(jīng)知道在血型抗原Rh因子中的這三種有輕微差別的蛋白質(zhì)間相互聯(lián)系,，并且這項(xiàng)新研究現(xiàn)在揭示出它們相互聯(lián)系的機(jī)制。
Stroud說，當(dāng)一些氨能夠通過細(xì)胞膜而無需蛋白通道援助時(shí),，這個(gè)氨通道則在運(yùn)輸氨方面尤其高效,，即高親和力——由于氨的高毒性，因此這個(gè)能力非常重要,。許多神經(jīng)疾病都是因?yàn)榻佑|過多的氨氣所致,。研究表明，當(dāng)氨離子濃度升高時(shí),，晚期的肝衰竭能夠干擾中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能,，因此通道的高效率至關(guān)重要。
結(jié)構(gòu)顯示每個(gè)通道穿進(jìn)穿出細(xì)胞膜11次并且其構(gòu)造使氨離子和其它離子不能自由通過,。當(dāng)氨離子NH4+進(jìn)入通道時(shí),，就會去掉一個(gè)質(zhì)子并成為氨氣。當(dāng)氨氣到達(dá)另一邊時(shí),，它會重新獲得一個(gè)氫原子并成為氨離子NH4+,。
“這個(gè)機(jī)制提供了一個(gè)精確的過濾器，它能防止任何其它分子或帶電荷的分子通過這個(gè)通道,，”Stroud說,。“這樣就確保了運(yùn)送這種形式的氮時(shí)細(xì)胞的健康。從根本上來看,，氮對構(gòu)成蛋白質(zhì)和其它過程是非常重要的,。”他指出，細(xì)菌和酵母能夠在氨氣存在的情況下存活并將它作為它們唯一的氮源,。
