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近日，浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院葉升課題組成功解析了細(xì)胞分裂蛋白FtsZ所形成的原絲纖維的三維結(jié)構(gòu)，找到了細(xì)胞分裂驅(qū)動(dòng)力的來(lái)源，為廣譜抗生素的研發(fā)提供依據(jù)。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

細(xì)胞分裂時(shí)，母細(xì)胞中間會(huì)先產(chǎn)生一層隔膜，60多年前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了組成這層隔膜的關(guān)鍵蛋白，把它命名為FtsZ。1991年，科學(xué)家進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞分裂發(fā)生時(shí)，許多個(gè)FtsZ蛋白首尾相連形成原絲纖維，這些原絲纖維再相互組合，形成一個(gè)圍繞細(xì)胞的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，名為Z環(huán)。在Z環(huán)收縮之力的“驅(qū)動(dòng)”下，母細(xì)胞向內(nèi)凹陷，進(jìn)而一分為二成為兩個(gè)子細(xì)胞。

收縮之力來(lái)自哪里？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)界一直有爭(zhēng)議。據(jù)介紹，Z環(huán)主要由FtsZ蛋白結(jié)合GTP形成的原絲纖維組成，當(dāng)細(xì)胞發(fā)生分裂，GTP會(huì)分解成為GDP，并釋放化學(xué)能。此前一項(xiàng)研究指出，是FtsZ蛋白，將GTP水解過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能。但是，這一轉(zhuǎn)換究竟如何實(shí)現(xiàn)，幾年來(lái)一直沒(méi)有人能夠解釋。

為此，葉升課題組從結(jié)核分枝桿菌中克隆了FtsZ的基因，通過(guò)X射線衍射，拍下了100多張不同角度的FtsZ蛋白晶體衍射圖，再通過(guò)計(jì)算機(jī)分析，成功得到了FtsZ蛋白的三維結(jié)構(gòu)圖，*次看到了這樣的景象：GTP水解后，F(xiàn)tsZ原絲纖維發(fā)生了50度的彎曲。課題組推測(cè)，當(dāng)GTP水解為GDP時(shí)，GTP的γ-磷酸基團(tuán)和β-磷酸基團(tuán)之間的共價(jià)鍵斷裂，由于二者都攜帶負(fù)電荷，它們之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的排斥力，這一排斥力引起FtsZ蛋白發(fā)生構(gòu)象變化，使兩個(gè)相鄰的FtsZ亞基圍繞一個(gè)支點(diǎn)發(fā)生彎曲，GTP水解的化學(xué)能就這樣推動(dòng)兩個(gè)相鄰FtsZ亞基之間發(fā)生一個(gè)相對(duì)彎曲，進(jìn)而引發(fā)整個(gè)Z環(huán)向內(nèi)收縮。

葉升說(shuō)，這一研究為開(kāi)發(fā)新的廣譜抗菌藥物提供了直接的結(jié)構(gòu)信息。“我們可以抑制FtsZ，從而達(dá)到抑制細(xì)菌分裂的目的。