细菌细胞分裂中能量转化机制研究

• 作者: 叶升
• 来源期刊: 千人·生物
• 学科: 教育
• 关键词: 结构 细菌 纤维 原丝 水解 构象 细胞分裂
• 年，卷（期）: qrsw_2014,（1）
• 页码范围: 3-4
• 页数: 2页
• 分类号: G6

摘要

细菌细胞以二分裂的方式在细胞中部进行对称分裂,细胞骨架蛋白FtsZ是最早出现在分裂位点的蛋白,在细胞分裂过程中起着重要的作用。FtsZ蛋白能够通过首尾相接形成原丝纤维,继而自组装成细菌细胞分裂过程中的一个关键细胞器-Z环。细胞分裂时,Z环定位在细胞中部的分裂位点处并且紧贴细胞膜内侧,随着隔膜的形成,Z环通过将水解GTP释放的化学能转化成向内拉伸的机械能,逐渐收缩自身直径并且带动隔膜内陷,直到分裂完成。在对FtsZ进行研究的几十年中,由于科学家们一直未能得到FtsZ原丝纤维的三维结构,所以Z环是怎样利用GTP水解释放的化学能为细菌细胞分裂提供收缩动力的,这个问题始终没有得到解答。叶升课题组解析了结核分枝杆菌的FtsZ原丝纤维的结构,通过将解析得到的结核分枝杆菌FtsZ与GDP形成的原丝纤维结构与之前报导过的金黄色葡萄球菌FtsZ与GTP形成的原丝纤维作比对,发现两个相邻的单体之间有一个50?的弯曲。这个弯曲的构象变化主要发生在T3-loop区,GTP的?-磷酸基团能够和T3环的主链胺基形成两个强氢键相互作用,从而锁定T3环处于一种紧密结合的构象(T构象),当FtsZ结合GDP时,失去了这两个强氢键相互作用后,T3环则处于一种松弛构象(R构象)。他们由此推测,当GTP水解为GDP时,GTP ?-磷酸基团和?-磷酸基团之间的共价键断裂,由于二者都携带负电荷,它们之间会产生一个巨大的排斥力,当二者被封闭在两个FtsZ亚基之间时,这个巨大的排斥力驱使GTP ?-磷酸基团推动T3环发生一个从紧密结合构象到松弛构象的构象变化,从而使两个相邻的FtsZ亚基围绕一个支点处发生弯曲,GTP水解的化学能就这样推动两个相邻FtsZ亚基之间发生一个相对弯曲。上述GTP水解而导致的FtsZ原丝纤维构象变化如何转化为细菌细胞分裂向内收缩的张力呢?叶升课题组进一步提出,FtsZ