冷凍電鏡發(fā)展進入全原子動力學分析的新階段

“這是《自然》雜志首次發(fā)表系統(tǒng)性、優(yōu)于3.6埃分辨率水平實驗研究超大復合蛋白質(zhì)機器的動力學過程和原理的論文，標志冷凍電鏡的發(fā)展開始進入全原子動力學分析的新階段。”1月20日，北京大學教授毛有東告訴科技日報記者。

本月，北京大學物理學院人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室、前沿交叉學科研究院定量生物學中心毛有東課題組在《自然》雜志上發(fā)表的論文表明，他們通過冷凍電子顯微鏡和機器學習技術的結(jié)合，解析了人源蛋白酶體26S在降解底物過程中的七種中間態(tài)構(gòu)象的高分辨(2.8埃—3.6埃)精細原子結(jié)構(gòu)，局部分辨率最高達到2.5埃。

毛有東介紹，這些三維結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了驚人的時空連續(xù)性，生動呈現(xiàn)了原子水平的蛋白酶體和底物相互作用的動態(tài)過程，首次實現(xiàn)了對三磷酸腺苷酶六聚馬達分子內(nèi)三磷酸腺苷水解全周步進循環(huán)完整過程的原子水平觀測和三維建模，發(fā)現(xiàn)三種不同的三磷酸腺苷水解協(xié)同反應模式，及其如何調(diào)控蛋白酶體復雜多樣的功能。

“論文解決了一系列長期懸而未決的重要科學問題，如三磷酸腺苷酶馬達如何將化學能轉(zhuǎn)化為機械能，進而實現(xiàn)了底物解折疊的協(xié)同動力學機制。”該論文的共同第一作者、原課題組博士后、現(xiàn)為中國科學院化學所研究員董原辰說。

論文的共同第一作者、課題組博士生張書文說，這些研究結(jié)果為幾十年來對蛋白酶體功能的研究提供了寶貴的第一手原子結(jié)構(gòu)和動力學信息，對于理解生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解過程和一系列負責物質(zhì)輸運的三磷酸腺苷酶馬達分子的一般工作原理具有極為重要的科學意義。