最新的一篇JBC研究論文詳細(xì)描述了細(xì)胞生長的基本元素鋅通過特異性鋅攝入蛋白進入細(xì)胞的機制,。該研究工作是由美國能源部（DOE）布克海文國家實驗室完成,，研究人員第一次純化了鋅攝入蛋白質(zhì)，并研究了它在鋅攝取中的作用機制,。
鋅是生物體內(nèi)非常重要的一種基本元素，可在細(xì)胞水平上影響細(xì)胞生長,，進而影響生物體的健康,、生長和繁殖。雖然目前已確定有六種蛋白質(zhì)在鋅通過細(xì)胞膜的過程中發(fā)揮載體或通道的作用,，然而科學(xué)家們僅發(fā)現(xiàn)了一類金屬特異性蛋白質(zhì)家族對細(xì)胞鋅攝取起促進作用,。由于這類蛋白質(zhì)與鋅調(diào)控蛋白和離子轉(zhuǎn)運蛋白非常相似，科學(xué)家們將其命名為ZIP蛋白,。然而一直以來科學(xué)家們對于ZIP蛋白促進鋅攝取的確切機制卻不是很清楚,。
長期以來科學(xué)家們推測ZIP蛋白就像電梯一樣輸送鋅通過細(xì)胞膜進入到細(xì)胞內(nèi)。然而研究伊始布克海文國家實驗室的研究人員卻并未找到支持這一推論的證據(jù)。
“這是一個非常讓人感到驚喜的結(jié)果,。在過去的15年中,，科學(xué)家們一直推測ZIP蛋白就像水泵或電梯一樣發(fā)揮。然而我們的研究發(fā)現(xiàn)ZIP蛋白更像是一道門,，”研究的負(fù)責(zé)人生物學(xué)家Dax Fu說,。
Fu和同事們對由紐約膜蛋白結(jié)構(gòu)聯(lián)盟提供從支氣管敗血性氏桿菌中衍生獲得的一種ZIP蛋白展開了研究。研究人員首先在大腸桿菌中表達這種蛋白,，然后對表達蛋白進行了純化和濃縮,。利用重組純化的ZIP蛋白科學(xué)家們確定了其在細(xì)胞鋅攝取中的作用機制。
“長期以來這類蛋白的純化一直是擺在研究人員面前的難題,。這是我們第一次成功地獲得ZIP家族成員純化蛋白,，從而為研究人員開啟了在分子水平上對蛋白質(zhì)進行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和功能分析的大門，”Fu說,。
布克海文國家實驗室的Wei Lin利用熒光指示劑進行了幾項相關(guān)測試確定了鋅攝入的特征,，并同時檢測了鋅濃度、溫度,、酸度及電荷的改變,。隨后研究人員找到了電擴散的證據(jù)。電擴散是指離子從高濃度的區(qū)域擴散到較低濃度的區(qū)域的過程,。在電擴散中,，擴散的離子亦能改變它們所占據(jù)的空間電荷。在鋅離子攝取過程中鋅離子進入細(xì)胞導(dǎo)致電荷失衡,，對抗?jié)舛忍荻茸罱K終止鋅攝取,。
基于對相似的金屬特異蛋白的研究結(jié)果，F(xiàn)u和同事們推測ZIP蛋白通過提供一種特異性鋅配位化學(xué)通路的方式促進了鋅離子擴散,。在接下來的試驗中研究人員計劃獲取ZIP蛋白結(jié)晶并在原子水平上對其進行檢測以驗證他們的推論,。
“我們的好奇心一直在驅(qū)動著我們最終揭示它的作用機制，”Fu說,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦英文摘要：
JBC doi: 10.1074/jbc.M110.180620
Selective electrodiffusion of zinc ions in a Zrt-, Irt-like protein, ZIPB
Wei Lin1, Jin Chai1, James Love2 and Dax Fu1,*
1 Brookhaven National Lab, United States;
2 New York Structure Biology Center, United States
All living cells need zinc ions to support cell growth. Zrt-, Irt-like Proteins (ZIPs) represent a major route for entry of zinc ions into cells, but how ZIPs promote zinc uptake has been unclear. Here we report the molecular characterization of ZIPB from Bordetella bronchiseptica, the first ZIP homolog to be purified and functionally reconstituted into proteoliposomes. Zinc flux through ZIPB was found to be nonsaturable and electrogenic, yielding membrane potentials as predicted by the Nernst equation. Conversely, membrane potentials drove zinc fluxes with a linear voltage-flux relationship. Direct measurements of metal uptake by inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS) demonstrated that ZIPB is selective for two group-12 transition metal ions, Zn2+ and Cd2+, while rejecting transition metal ions in groups 7 through 11. Our results provide the molecular basis for cellular zinc acquisition by a zinc-selective channel that exploits in vivo zinc concentration gradients to move zinc ions into the cytoplasm.
