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原核转运蛋白有效地转运左撇子和右撇子天冬氨酸

2019-04-27 14:38:45 • 来源：

许多生物分子有两个版本，彼此的镜像，如左手和右手。细胞通常使用左手形式的氨基酸来产生蛋白质，并且认为摄取机制共享这种偏好。格罗宁根大学的科学家们现在已经证明，原核转运蛋白能够以相同的效率运输两种版本的天冬氨酸氨基酸。运输车结构的详细分析说明了为什么会这样。结果于4月24日发表在eLife杂志上。

原核转运蛋白有效地转运左撇子和右撇子天冬氨酸

一个多世纪以来，人们都知道生活的“用手”。许多有机分子以两种形式生产，它们具有相同的化学式和原子之间的连通性，但在结构上是彼此的镜像。在进化过程中，已经为一些分子选择了左手版本(L)，而对于其他分子，使用了镜像(D)。这是药物制造中的问题，其中有时只有一种形式有效而另一种形式可能引起严重的副作用。

反对期望

“生物有机体在生产蛋白质时使用L-氨基酸，但它们偶尔会使用D-氨基酸，例如在细菌细胞壁中，”格罗宁根大学生物化学教授Dirk Slotboom解释道。哺乳动物的中枢神经系统具有用于神经递质L-谷氨酸的转运蛋白，其也可以转运氨基酸天冬氨酸。“结果证明L-天冬氨酸和天冬氨酸都存在。”

这违背了预期。由于L-氨基酸是功能活性化合物，因此运输蛋白仅选择一个“手”是有意义的。Slotboom：'这是由于结构上的差异。转运蛋白的识别需要分子的结构适合结合位点。正如无法将左手放入右手手套一样，D-氨基酸与已经进化为接受L-氨基酸的转运蛋白的结合是不可能的。

亲和

到目前为止，还没有进行过真正的机械或结构研究来解释为什么来自中枢神经系统的转运体似乎无视这种逻辑。因此，Slotboom和他的同事Albert Guskov，助理教授兼生物分子X射线晶体学实验室负责人决定解决这个问题。他们的博士后研究员Valentina Arkhipova对转运蛋白进行了结构分析，同时获得了博士学位。学生Gianluca Trinco进行了功能研究。对于他们的实验，他们使用在微生物中发现的同源转运蛋白，其具有与哺乳动物转运蛋白几乎相同的结合位点。

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Trinco发现L-天冬氨酸和D-天冬氨酸以相同的方式运输，由三种钠离子的转运提供动力。“此外，两种底物的亲和力也相似，”他说。Arkhipova研究了结合位点的结构，其中连接有L-或D-天冬氨酸。她观察到D-天冬氨酸的结构只有轻微的重排：'关键是有足够的空间让几何上不同的D-天冬氨酸结合。绑定网站不像手套，但更像是手套。

神经递质

在微生物中，蛋白质仅运输天冬氨酸，这些细胞可用于构建蛋白质，也可用作燃料或氮源。在哺乳动物中，同源蛋白质在中枢神经系统中转运谷氨酸，其中氨基酸用作神经递质。转运蛋白从突触间隙中去除L-谷氨酸，这是神经冲动传递给另一个神经元的部分。

有迹象表明天冬氨酸也可以作为神经递质。“如果是这种情况，那么L-和D-天冬氨酸都可能起到这种作用，”Slotboom说。'两种天冬氨酸的亲和力都很高。这可能指向一个特定的功能，并表明D-天冬氨酸也用于某些东西。有趣的是，转运蛋白不接受D-谷氨酸。同样，这似乎是一个空间问题：与天冬氨酸相比，谷氨酸具有额外的亚甲基。'在D-谷氨酸中，亚甲基可能会引起与结合位点的冲突。它不适合，甚至不适用于手套。

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