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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

首頁 > 科研進(jìn)展

研究揭示能量跨膜運(yùn)輸新機(jī)制

2025-03-13 分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心

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語音播報(bào)

所有生物體都依賴能量來維持基本的生理功能，而ATP（腺苷三磷酸）則是細(xì)胞內(nèi)的主要能量貨幣。過去40多年研究發(fā)現(xiàn)，能量代謝缺陷的細(xì)胞內(nèi)寄生病原體可以從宿主細(xì)胞獲取ATP，但具體的分子機(jī)制一直不清楚。

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員范敏銳團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西湖大學(xué)研究員吳旭冬團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)研究員張金儒團(tuán)隊(duì)、浙江大學(xué)研究員蘇楠楠團(tuán)隊(duì)，首次解析了病原體/植物葉綠體ATP運(yùn)輸?shù)鞍椎娜S結(jié)構(gòu)及運(yùn)輸ATP的分子機(jī)制。

專性胞內(nèi)病原體如引起性傳播疾病和傳染性失明的沙眼衣原體以及引起流行性斑疹傷寒的立克次氏體等，因自身能量代謝能力退化，需要依賴宿主細(xì)胞獲取ATP。它的細(xì)胞膜上存在一種ATP運(yùn)輸?shù)鞍祝ㄟ^等量交換ATP及其水解產(chǎn)物核苷二磷酸（ADP）加磷酸根（Pi），持續(xù)從宿主細(xì)胞獲取能量，確保自身生存繁殖。研究表明，這類蛋白在植物葉綠體等質(zhì)體細(xì)胞器中亦存在，可能源于共生進(jìn)化，幫助葉綠體高效利用細(xì)胞能量。

該團(tuán)隊(duì)解析了肺炎衣原體和植物葉綠體NTT蛋白的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)盡管二者來源不同但三維結(jié)構(gòu)高度相似，印證了葉綠體NTT蛋白來源于衣原體的假說。研究發(fā)現(xiàn)，ATP（或ADP+Pi）結(jié)合位點(diǎn)位于NTT蛋白中央，由保守的氨基酸如天冬酰胺特異識別ATP。結(jié)構(gòu)分析和功能實(shí)驗(yàn)表明，NTT蛋白由N端和C端兩個(gè)相對剛性的結(jié)構(gòu)域組成，二者之間通過相對擺動(dòng)促進(jìn)ATP結(jié)合、跨膜運(yùn)輸和釋放。

上述研究揭示了衣原體和葉綠體NTT蛋白識別及跨膜運(yùn)輸ATP的分子機(jī)制，為開發(fā)針對專性胞內(nèi)病原體的新型抗生素奠定了分子基礎(chǔ)。同時(shí)，這一成果深化了科學(xué)家對葉綠體內(nèi)共生過程中跨膜能量傳遞機(jī)制的認(rèn)知，有望為改造NTT蛋白以提升作物光合作用效率和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)提供助力。

3月13日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》（Nature）上。

論文鏈接

病原體和葉綠體的能量分子ATP運(yùn)輸?shù)鞍?/p>

NTT介導(dǎo)的ATP跨膜運(yùn)輸過程

所有生物體都依賴能量來維持基本的生理功能，而ATP（腺苷三磷酸）則是細(xì)胞內(nèi)的主要能量貨幣。過去40多年研究發(fā)現(xiàn)，能量代謝缺陷的細(xì)胞內(nèi)寄生病原體可以從宿主細(xì)胞獲取ATP，但具體的分子機(jī)制一直不清楚。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員范敏銳團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西湖大學(xué)研究員吳旭冬團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)研究員張金儒團(tuán)隊(duì)、浙江大學(xué)研究員蘇楠楠團(tuán)隊(duì)，首次解析了病原體/植物葉綠體ATP運(yùn)輸?shù)鞍椎娜S結(jié)構(gòu)及運(yùn)輸ATP的分子機(jī)制。專性胞內(nèi)病原體如引起性傳播疾病和傳染性失明的沙眼衣原體以及引起流行性斑疹傷寒的立克次氏體等，因自身能量代謝能力退化，需要依賴宿主細(xì)胞獲取ATP。它的細(xì)胞膜上存在一種ATP運(yùn)輸?shù)鞍?，通過等量交換ATP及其水解產(chǎn)物核苷二磷酸（ADP）加磷酸根（Pi），持續(xù)從宿主細(xì)胞獲取能量，確保自身生存繁殖。研究表明，這類蛋白在植物葉綠體等質(zhì)體細(xì)胞器中亦存在，可能源于共生進(jìn)化，幫助葉綠體高效利用細(xì)胞能量。該團(tuán)隊(duì)解析了肺炎衣原體和植物葉綠體NTT蛋白的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)盡管二者來源不同但三維結(jié)構(gòu)高度相似，印證了葉綠體NTT蛋白來源于衣原體的假說。研究發(fā)現(xiàn)，ATP（或ADP+Pi）結(jié)合位點(diǎn)位于NTT蛋白中央，由保守的氨基酸如天冬酰胺特異識別ATP。結(jié)構(gòu)分析和功能實(shí)驗(yàn)表明，NTT蛋白由N端和C端兩個(gè)相對剛性的結(jié)構(gòu)域組成，二者之間通過相對擺動(dòng)促進(jìn)ATP結(jié)合、跨膜運(yùn)輸和釋放。上述研究揭示了衣原體和葉綠體NTT蛋白識別及跨膜運(yùn)輸ATP的分子機(jī)制，為開發(fā)針對專性胞內(nèi)病原體的新型抗生素奠定了分子基礎(chǔ)。同時(shí)，這一成果深化了科學(xué)家對葉綠體內(nèi)共生過程中跨膜能量傳遞機(jī)制的認(rèn)知，有望為改造NTT蛋白以提升作物光合作用效率和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)提供助力。3月13日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》（Nature）上。論文鏈接病原體和葉綠體的能量分子ATP運(yùn)輸?shù)鞍譔TT介導(dǎo)的ATP跨膜運(yùn)輸過程

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