揭示β-桶蛋白插入到線粒體膜中的機制

在一項新的研究中，來自德國弗萊堡大學的研究人員成功地描述了所謂的β-桶蛋白（beta-barrel protein）是如何被插入到線粒體膜中的。這些蛋白讓線粒體能夠輸入和輸出分子。基于這一發現，由Nils Wiedemann教授和Nikolaus Pfanner教授領導的研究團隊與Carola Hunte教授博士領導的研究團隊合作，闡明了蛋白生物化學中的一個基本問題。相關研究結果發表在2018年1月19日的Science期刊上，論文標題為“Membrane protein insertion through a mitochondrial β-barrel gate”。

給細胞提供能量的線粒體含有大約1000個從胞質溶膠中轉運而來的蛋白分子。為此，它們的外膜具有由具有桶狀結構的分子（即所謂的β-桶蛋白）組成的蛋白輸入通道。在線粒體中，來自營養物的能量被用于產生細胞能量分子三磷酸腺苷（ATP）。ATP通過線粒體外膜上的桶孔（barrel pore）被運輸到胞質溶膠中，從而給人細胞提供燃料。

大約30年前，由弗賴堡大學Georg Schulz教授領導的研究團隊報告了β-桶蛋白的結構：在相反方向上延伸的蛋白鏈形成片層，這些片層通過將蛋白的**條鏈和蛋白的最后一條鏈連接在一起形成一種中空的圓柱體結構。自那時以來，科學家們一直想要知道這類通道形成蛋白分子是如何被插入到生物膜中的。隨后，人們在線粒體外膜中鑒定出分選與組裝復合體（sorting and assembling machinery, SAM），這種復合體是β-桶蛋白插入到線粒體膜中所必需的。

Sam50是用于形成β-桶蛋白的SAM的中央亞基的名稱。這是當前的這項研究的起始點。 Alexandra H?hr博士通過實驗證實新合成的β-桶蛋白的最后一條鏈被導入在Sam50的β-桶結構的**條鏈和最后一條鏈之間，而Sam50的β-桶結構也是這種β-桶蛋白插入到線粒體膜中的起始位置。她和Caroline Lindau一起證實新合成的β-桶蛋白的新生鏈逐個地被裝入到Sam50的側面開口，一直到完整的β-桶蛋白被釋放到線粒體膜中。

鑒于線粒體和具有光合能力的葉綠體都來源于相同的細菌祖先，因此這項新的研究不僅有助于更好地理解線粒體的形成和功能，而且為葉綠體和細菌的形成提供了新的見解。