高等植物叶绿体ATP合酶ε亚基的结构与功能

ε亚基是叶绿体ATP合酶最小的一个亚基,有阻塞ATP合酶的质子通道和抑制其水解ATP活力的两种功能.用定点突变和缺失等分子生物学方法对ε亚基的结构功能进行了研究,结果表明:ε亚基42位上的苏氨酸(Thr42)对维持其结构和功能都很重要.与大肠杆菌ATP合酶相比,叶绿体ATP合酶ε亚基C端和N端的氨基酸残基缺失对其结构功能的影响更为敏感.     

高等植物叶绿体ATP合酶ε亚基的结构与功能

ε亚基是叶绿体ATP合酶最小的一个亚基,有阻塞ATP合酶的质子通道和抑制其水解ATP活力的两种功能。用定点突变和缺失等分子生物学方法对ε亚基的结构功能进行了研究,结果表明：ε亚基42位上的苏氨酸(Thr42)对维持其结构和功能都很重要。与大肠杆菌ATP合酶相比,叶绿体ATP合酶ε亚基C端和N端的氨基酸残基缺失对其结构功能的影响更为敏感。     

线粒体ATP合酶抑制因子(ATPIF1)在能量代谢中的作用

线粒体是真核细胞中动态双层膜结构的细胞器,由外至内可以划分为四个功能区,分别是线粒体外膜(OMM),线粒体膜间隙,线粒体内膜(IMM)和线粒体基质。在线粒体内膜上的复合体V(complex V)即为ATP合酶,其主要功能是合成ATP。实际上,ATP合酶既合成也水解ATP,对细胞ATP水平有双向调节作用。ATP合酶的活性受抑制因子(ATPIF1)的调节。ATPIF1与ATP合酶结合后,对其ATP合成和水解功能进行抑制,从而影响线粒体和细胞内ATP水平。ATPIF1活性受到组氨酸质子化状态和丝氨酸磷酸化修饰的调节。在缺氧,交感神经兴奋和肿瘤等条件下,ATPIF1发挥重要代谢调节作用,但其在代谢紊乱疾病中的作用尚不明确。本文在综述ATPIF1文献的基础上,对其在糖脂代谢紊乱疾病中的作用进行分析及展望。     

线粒体H~ -ATPase超分子结构及其催化机制的研究现状

质子泵H~ -ATPase广泛存在于线粒体,叶绿体,异养菌和光合细菌中,是生物体能量转换的核心酶,有极为重要的生理作用。近几年来,对H~ -ATPase的结构、功能和调控机制的研究进展很快,对复合体的组装有了进一步的认识。对H~ -ATPase的主要亚基已经完成序列测定及分析,对各亚基生理功能也进行了较为深入的研究。生物化学及分子生物学工作揭示:生物体内以多种方式对编码H~ -ATPase主要亚基的基因表达和该酶的活力进行调控。其中,对于线粒体H~ -ATPasc的研究显得尤为突出。本文综述了线粒体H~ -ATPase的结构、功能、和调节方面的研究现状,并进一步提出了一些值得深入探讨的问题。     

ATP合酶的结构与催化机理

ATP合酶 (F1Fo 复合物) 是生物体内进行氧化磷酸化和光合磷酸化的关键酶.随着核磁共振、X射线晶体衍射、遗传学、化学交联等技术在ATP合酶研究中的广泛应用,ATP合酶的整体结构及其各组成亚基结构的研究都有很大的进展.其中细菌ATP合酶结构的研究更为深入.目前对质子通过Fo的转运方式提出两种模型:单通道和双半通道模型.对扭力矩的形成以及旋转催化也有了进一步的认识.Boyer提出的结合改变机理推动了ATP合酶催化机制的研究,现在主要有两点催化机制和三点催化机制.ATP合酶的催化反应受酶的构象变化和外在条件的调节.     

线粒体呼吸链复合体Ⅰ

线粒体呼吸链复合体Ⅰ(简称复合体Ⅰ)是呼吸链电子传递的起始复合体,作为电子传递过程的限速酶,复合体Ⅰ的分子量远大于其余的四个呼吸链复合体。复合体Ⅰ相关的疾病发生除了与40余个复合体Ⅰ组成亚基的突变相关外,还同参与其组装的多个组装因子存在密切联系。该文对复合体I的结构以及参与调控复合体Ⅰ组装的各类组装因子进行了综述,旨在为全面了解复合体Ⅰ相关疾病的发生提供具体参考。     

线粒体呼吸链复合体Ⅰ

线粒体呼吸链复合体Ⅰ（简称复合体Ⅰ）是呼吸链电子传递的起始复合体,作为电子传递过程的限速酶,复合体Ⅰ的分子量远大于其余的四个呼吸链复合体。复合体Ⅰ相关的疾病发生除了与40余个复合体Ⅰ组成亚基的突变相关外,还同参与其组装的多个组装因子存在密切联系。该文对复合体I的结构以及参与调控复合体Ⅰ组装的各类组装因子进行了综述,旨在为全面了解复合体Ⅰ相关疾病的发生提供具体参考。     

线粒体H^＋-ATPase超分子结构及其催化机制的研究现状

质子泵H^＋-ATPase广泛存在于线粒体,叶绿体,异养菌和光合细菌中,是生物体能量转换的核心酶,有极为重要的生理作用。近几年来,对H^＋-ATPase的结构、功能和调控机制的研究进展很快,对复合体的组装有了进一步的认识。对H^＋-ATPase的主要亚基已经完成序列测定及分析,对各亚基生理功能也进行了较为深入的研究。生物化学及分子生物学工作揭示：生物体内以多种方式对编码H^＋-ATPase主要亚基的基因表达和该酶的活力进行调控。其中,对于线粒体H^＋-ATPasc的研究显得尤为突出。本文综述了线粒体H^＋-ATPase的结构、功能、和调节方面的研究现状,并进一步提出了一些值得深入探讨的问题。     

线粒体电子传递系统的组装及其生物学意义

电子传递链亦称呼吸链,由位于线粒体内膜的I、II、III、IV 4种复合物组成,负责电子传递和产生质子梯度。电子主要从复合物I进入电子传递链,经复合物III传递至复合物IV。电子传递系统的组装是一个十分复杂的过程,目前已知主要有约69个结构亚基以及至少16个组装因子参与了人类复合物I、III、IV的组装,这些蛋白质由核基因组与线粒体基因组共同编码。对线粒体电子传递系统的蛋白质组成及其结构已研究得较为清楚,但对它们的组装了解得还比较初步。许多人类线粒体疾病是由于电子传递系统的功能障碍引起的,其中又有许多是由于该系统中一个或多个部件的错误组装引起的。研究这些缺陷不仅能够加深对线粒体疾病发病机理的了解,也有助于揭示线粒体功能的调控机制。将着重对电子传递系统复合物的组装及其与人类疾病关系的研究进展进行综述。     

蚕豆和玉米叶绿体atpE基因表达产物的生物活性差异及次级结构分析

编码蚕豆和玉米叶绿体ATP合酶ε亚基的atpE基因分别在大肠杆菌中获得了高效表达 ,两种表达的ε亚基蛋白分别与来自蚕豆、玉米和菠菜的缺失ε亚基的CF1重组后 ,发现玉米的ε亚基蛋白在抑制CF1 ATP酶水解ATP、阻塞类囊体膜质子通道以及它促进光合磷酸化等方面均明显地强于蚕豆的ε亚基蛋白。该结果表明 :( 1)ε亚基对ATP合酶活性的调节作用与其同ATP合酶其他亚基间的亲和力大小密切相关 ;( 2 )ε亚基抑制CF1水解ATP和阻塞质子通道两个功能是呈正相关的。圆二色性 (circulardichroism)的分析结果表明 ,玉米CF1ε亚基的 4种二级结构比例为α 螺旋 2 2 .6% ,β 折叠 3 0 .6% ,β 转角 9.3 % ,无规则结构 3 7.7% ;蚕豆CF1ε亚基的 4种二级结构比例为α 螺旋 3 1.4 % ,β 折叠 2 2 .3 % ,β 转角 13 .8% ,无规则结构 3 2 .4 %     

淡色库蚊ATP合酶B亚基基因克隆和序列分析及其与溴氰菊酯抗性的关系

【目的】克隆淡色库蚊Culex pipiens pallens ATP合酶B亚基基因编码区序列,并进行生物信息学分析,研究其与溴氰菊酯抗性关系。【方法】通过PCR方法扩增ATP合酶B亚基基因编码区序列;利用生物信息学网站在线分析工具,预测ATP合酶B亚基基因编码蛋白的理化性质和功能特征;通过实时定量PCR方法比较ATP合酶B亚基基因在室内筛选的淡色库蚊溴氰菊酯敏感品系和抗性品系中的表达,并在现场种群溴氰菊酯敏感和抗性个体中做进一步验证。【结果】成功克隆淡色库蚊ATP合酶B亚基基因编码区序列(Gen Bank登录号:KY783434),长717 bp,编码238个氨基酸。生物信息学分析表明,其编码蛋白理论相对分子量为26.96 k D,等电点为8.97,在第70-231位氨基酸具有ATP合酶B亚基结构域,未发现信号肽和跨膜区。实时定量PCR结果显示,ATP合酶B亚基基因在室内筛选的淡色库蚊抗溴氰菊酯品系和现场种群溴氰菊酯抗性个体中表达量均上调。【结论】本研究获得了淡色库蚊ATP合酶B亚基基因编码区序列,进行了生物信息学分析,并证实其在溴氰菊酯抗性个体中高表达,为进一步研究该基因在蚊抗药性中的作用奠定了基础。     

真核生物RNA聚合酶组装及其生物学意义

RNA聚合酶负责RNA生物合成,是维持机体细胞生长和器官发育的重要调控机器.真核生物主要通过3种多亚基RNA聚合酶(RNAPⅠ、RNAPⅡ和RNAPⅢ)进行基因转录.RNA聚合酶Ⅱ由10个核心亚基组成,分子质量约为520 ku.RNA聚合酶结构已经解析,但其组装过程却还不清楚.RNA聚合酶各亚基无法完成体外自我组装,说明细胞内其装配过程需要组装因子帮助.RNA聚合酶组装是一个复杂的生物学过程,近年来组装因子的鉴定和发现使RNA聚合酶组装研究成为热点.在酿酒酵母中发现的组装因子有Rba50、Bud27和GPN蛋白家族等.其中GPN蛋白家族是重要的GTP酶(GTPase)家族,从古细菌到酵母以及高等真核生物中都存在,且高度保守.近期研究发现,Rba50在动植物的同源蛋白(RPAP1和IYO)与细胞分化和发育有关.GPN等组装因子编码基因的突变与细胞发育及恶性肿瘤发生发展密切关联.本文对真核生物RNA聚合酶组装最新进展做出综述,以期为RNA聚合酶组装机制的最终阐明及其与疾病发生的关联研究提供基础.     

化学所成功实现分子马达在蛋白微胶囊表面的组装

在科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的支持下,胶体、界面与化学热力学院重点实验室的研究人员在旋转分子马达的分子仿生组装方面取得新进展,研究工作发表在近期出版的Adv Mater（2008,20：601．5）上。细胞生长代谢的整个过程需要能量,绝大多数情况下能量由ATP的高能键水解而获得,而ATP又是通过ATP合酶合成所得到。ATP合酶是线粒体、叶绿体和细菌中能量转化的核心酶,在跨膜质子动力势的推动下催化合成ATP。     

豌豆子叶线粒体发育过程中H~+-ATP酶的变化

关于线粒体的发育的研究,较多地以动物和酵母为对象,植物较少。而线粒体发育过程中 H~+-ATP 酶的 F_1-ATP 酶变化的研究,目前尚未见报道。本文以豌豆子叶为材料,就线粒体的发育,H~+-ATP 酶活性变化以及这种变化与 F_1-ATP 酶亚基组成的相关性进行了初步研究,其最终目的是探讨线粒体发育过程中内膜的发生及膜蛋白的组装问题。     

昆虫线粒体发生的生化和亚显微结构的研究

线粒体在细胞中的发生目前有各种观点的争论,其理论意义涉及到真核细胞的起源和进化、染色体和线粒体两个遗传体系之间的相互关系以及生物膜合成和组装机理等。我们对处于分化中的昆虫胸肌线粒体的观察结果是:(1)对粘虫变态期的呼吸和细胞色素氧化酶活力测定表明蛹期第8天的组织形成阶段是胸肌细胞分化和其线粒体发生的开始。电镜观察表明,线粒体形成分两个阶段:由颗粒结构(可能是酶蛋白与脂的复合体)装配成膜片和膜泡;由膜泡分化出内嵴,进而发育为线粒体。(2)QO₂值,P/O比和ATP酶活力的出现与膜结构的分化发育相平行。α-甘油磷酸氧化酶系统比谷氨酸氧化酶系统装配早;电子传递酶系比磷酸化酶系装配早。(3)蝗虫胸肌分化过程的电镜观察证明;先形成内膜小泡(直径约0.1微米左右),后形成外膜,组成简单线粒体;后者进一步分化发育为成熟线粒体。(4)QO₂值,P/O比和ATP酶活力与膜结构分化发育相平行。ATP酶的出现与能量转涣功能呈平行关系。膜形成早期和“幼稚”线粒体阶段,ATP酶尚未装配。(5)综合上述结果:线粒体膜由非膜结构逐步组装形成,线粒体内膜的各酶系组装次序不同步,线粒体DNA控制合成的膜蛋白在膜结构形成中似乎起核心和骨架作用;线粒体总组装过程在不同细胞中表现为多种途径和方式。     

ATP合成酶的结合变化机制和旋转催化——1997年诺贝尔化学奖的部分工作介绍

保罗.博耶(P.D.Boyer)教授为阐明ATP酶作用机制所提出的结合变化机制有两个基本要点：一是ATP合成所需要的能量原则上是用于促进酶上紧密结合的ATP的释放和无机磷、ADP的结合;二是在净ATP形成过程中,酶上的各催化部位是高度协同地顺序起作用的.γ亚基在F₁-ATP酶中的旋转运动使三个催化部位构象不对称是实现结合变化的基础.高分辨率牛心线粒体F₁-ATP酶的晶体结构发表以后,出现了一些支持旋转催化机制的直接实验证据.     

铁硫蛋白的生物合成及相关疾病

铁硫蛋白是以铁硫簇为辅基,相对分子质量较小的一类蛋白质．它广泛存在于各种生物体内,参与电子传递、能量代谢以及基因表达调控等重要生理过程．其生物合成过程复杂,并且从细菌到人类高度保守．在真核细胞内,铁硫蛋白的组装由线粒体铁硫簇组装系统（mitochondrial iron sulfur cluster assembly system,mitochondrial ISC assembly system）和细胞质铁硫簇组装器（cytosolic iron sulfur cluster assembly,CIA）完成．研究发现,铁硫蛋白的合成异常可导致弗里德赖希共济失调(friedreich ataxia,FRDA)、遗传性肌病和铁粒幼细胞性贫血等多种罕见疾病,这些疾病严重影响个体的生活质量和寿命．因此,深入了解铁硫蛋白的结构和生物合成过程,对研究其生物学功能与相关疾病的诊断和治疗有重要意义．     

核黄素合酶的研究进展

核黄素合酶是核黄素生物合成中的关键酶,催化核黄素生物合成途径中的最后一步,产生核黄素.本文对近年来国内外有关不同生物中核黄素合酶及其编码基因的结构、特性、作用机制和应用进行综述.     

人胃癌BGC-823细胞中去甲斑蝥素抑癌作用机理的蛋白质组学研究

去甲斑蝥素是我国自行研制的抗肿瘤药物,在临床上主要用于消化道肿瘤的治疗．实验表明,去甲斑蝥素可引起人胃癌BGC-823细胞发生 M期阻滞及细胞凋亡．进一步利用双向电泳和质谱技术,筛选出了去甲斑蝥素抑癌作用相关蛋白．研究显示,线粒体热休克蛋白CH60、线粒体ATP合酶d亚单位、内质网葡萄糖调节蛋白GRP78、线粒体Hsp70的辅助因子GRPE1、SH3L3以及染色质组装因子1小亚基RBBP4参与了去甲斑蝥素的抑癌作用．研究提示,去甲斑蝥素可能通过促进线粒体热休克蛋白及p53的表达进而激活caspase-3依赖的凋亡通路,并且去甲斑蝥素在引发内质网协迫之后,可通过抑制胞外信号调节激酶(extracellular signal regulated kinase, ERK)的活性促进肿瘤细胞的凋亡．进一步分析了去甲斑蝥素与线粒体ATP合酶抑制剂寡霉素A的联合用药对人胃癌细胞生长的影响,结果表明,联合用药的抑瘤效果比单独用药的抑瘤效果显著,提示去甲斑蝥素可能通过抑制线粒体ATP合酶功能抑制BGC-823生长．上述结果为优化去甲斑蝥素的联合用药方案提供了新线索．     

哺乳动物线粒体蛋白质翻译及其调控机制

线粒体是真核细胞内参与能量生成和物质代谢的重要细胞器。线粒体核糖体(mitochondrial ribosome, MR)作为细胞器中的翻译机器,用于表达线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)编码的基因。近年来,随着研究的不断深入,人们对参与哺乳动物线粒体蛋白质翻译的蛋白质因子及其翻译的基本过程有了越来越清晰的认识,这对阐明线粒体蛋白质翻译的调控机制及研究人类线粒体疾病等方面具有重要的意义。线粒体蛋白质的翻译过程分为起始、延伸、终止和回收四个阶段。本文综述哺乳动物线粒体核糖体的结构与功能,以及线粒体蛋白质翻译因子的性质与功能,并进一步探讨翻译激活因子、微小RNA、线粒体COX翻译调控组装中间体(mt-translation regulation assembly intermediate of COX, MITRAC)以及核糖体的翻译后修饰对线粒体蛋白质翻译的调控及其机制,展望其对人类线粒体相关疾病研究的应用前景。