許多生物分子有兩個(gè)版本，彼此的鏡像，如左手和右手。細(xì)胞通常使用左手形式的氨基酸來(lái)產(chǎn)生蛋白質(zhì)，并且認(rèn)為攝取機(jī)制共享這種偏好。格羅寧根大學(xué)的科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)證明，原核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白能夠以相同的效率運(yùn)輸兩種版本的天冬氨酸氨基酸。運(yùn)輸車結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析說(shuō)明了為什么會(huì)這樣。結(jié)果于4月24日發(fā)表在eLife雜志上。
一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人們都知道生活的“用手”。許多有機(jī)分子以兩種形式生產(chǎn)，它們具有相同的化學(xué)式和原子之間的連通性，但在結(jié)構(gòu)上是彼此的鏡像。在進(jìn)化過(guò)程中，已經(jīng)為一些分子選擇了左手版本(L)，而對(duì)于其他分子，使用了鏡像(D)。這是藥物制造中的問(wèn)題，其中有時(shí)只有一種形式有效而另一種形式可能引起嚴(yán)重的副作用。
反對(duì)期望
“生物有機(jī)體在生產(chǎn)蛋白質(zhì)時(shí)使用L-氨基酸，但它們偶爾會(huì)使用D-氨基酸，例如在細(xì)菌細(xì)胞壁中，”格羅寧根大學(xué)生物化學(xué)教授Dirk Slotboom解釋道。哺乳動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有用于神經(jīng)遞質(zhì)L-谷氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其也可以轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸天冬氨酸。“結(jié)果證明L-天冬氨酸和天冬氨酸都存在。”
這違背了預(yù)期。由于L-氨基酸是功能活性化合物，因此運(yùn)輸?shù)鞍變H選擇一個(gè)“手”是有意義的。Slotboom：'這是由于結(jié)構(gòu)上的差異。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的識(shí)別需要分子的結(jié)構(gòu)適合結(jié)合位點(diǎn)。正如無(wú)法將左手放入右手手套一樣，D-氨基酸與已經(jīng)進(jìn)化為接受L-氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)合是不可能的。
親和
到目前為止，還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)真正的機(jī)械或結(jié)構(gòu)研究來(lái)解釋為什么來(lái)自中樞神經(jīng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)體似乎無(wú)視這種邏輯。因此，Slotboom和他的同事Albert Guskov，助理教授和生物分子X(jué)射線晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人決定解決這個(gè)問(wèn)題。他們的博士后研究員Valentina Arkhipova對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，同時(shí)獲得了博士學(xué)位。學(xué)生Gianluca Trinco進(jìn)行了功能研究。對(duì)于他們的實(shí)驗(yàn)，他們使用在微生物中發(fā)現(xiàn)的同源轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其具有與哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白幾乎相同的結(jié)合位點(diǎn)。
Trinco發(fā)現(xiàn)L-天冬氨酸和D-天冬氨酸以相同的方式運(yùn)輸，由三種鈉離子的轉(zhuǎn)運(yùn)提供動(dòng)力。“此外，兩種底物的親和力也相似，”他說(shuō)。Arkhipova研究了結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，其中連接有L-或D-天冬氨酸。她觀察到D-天冬氨酸的結(jié)構(gòu)只有輕微的重排：'關(guān)鍵是有足夠的空間讓幾何上不同的D-天冬氨酸結(jié)合。綁定網(wǎng)站不像手套，但更像是手套。
神經(jīng)遞質(zhì)
在微生物中，蛋白質(zhì)僅運(yùn)輸天冬氨酸，這些細(xì)胞可用于構(gòu)建蛋白質(zhì)，也可用作燃料或氮源。在哺乳動(dòng)物中，同源蛋白質(zhì)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)運(yùn)谷氨酸，其中氨基酸用作神經(jīng)遞質(zhì)。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白從突觸間隙中去除L-谷氨酸，這是神經(jīng)沖動(dòng)傳遞給另一個(gè)神經(jīng)元的部分。
有跡象表明天冬氨酸也可以作為神經(jīng)遞質(zhì)。“如果是這種情況，那么L-和D-天冬氨酸都可能起到這種作用，”Slotboom說(shuō)。'兩種天冬氨酸的親和力都很高。這可能指向一個(gè)特定的功能，并表明D-天冬氨酸也用于某些東西。有趣的是，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白不接受D-谷氨酸。同樣，這似乎是一個(gè)空間問(wèn)題：與天冬氨酸相比，谷氨酸具有額外的亞甲基。'在D-谷氨酸中，亞甲基可能會(huì)引起與結(jié)合位點(diǎn)的沖突。它不適合，甚至不適用于手套。