研究揭示了细菌细胞器如何组装

科学家们正在提供一个完整的细菌微区室的最清晰的视角，在原子级解析中揭示了细胞器蛋白质壳的结构和组装。由能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和密歇根州立大学(MSU)的科学家领导的这项工作将刊登在6月23日出版的“科学”杂志上。他们研究了一种名为Haliangium ochraceum的海洋粘液细菌的细胞器壳。

相应的作者，伯克利实验室结构生物学家谢丽尔克尔菲尔德说：“这是相当上镜的。”他是MSU-DOE植物研究实验室的联合任命教授。“但更重要的是，它提供了完整细菌细胞膜的外壳的第一张照片。拥有细菌细胞器膜的完整结构视图可以帮助提供有效目的的抗病原体或生物工程细菌细胞器的重要信息。”

克尔费尔德指出，这些细胞器或细菌微室(BMCs)被一些细菌用来固定二氧化碳。了解微区膜如何组装，以及它如何让一些化合物通过而阻碍其他化合物，可能有助于研究增强碳固定，更广泛地说，生物能源。这类细胞器还可以帮助许多类型的致病菌代谢正常的非病原微生物无法获得的化合物，从而使病原体具有竞争优势。

作者指出，这些细胞器内的内容决定了它们的特定功能，但BMC蛋白质膜的整体结构基本相同。微区室壳提供选择性渗透屏障，其将其内部的反应与电池的其余部分分开。这使得多步反应的效率更高，防止不期望的干扰，并限制可能由包封的反应产生的有毒化合物。

与真核细胞的基于脂质的膜不同，细菌微室(BMC)具有由蛋白质制成的多面体壳。

研究的主要作者，伯克利实验室分子生物物理和综合生物成像(MBIB)部门的MSU高级研究助理兼附属科学家Markus Sutter说：“通过膜的东西是毛孔。”“对于基于脂质的膜，有膜蛋白可以分子穿过。对于BMCs，壳体已经由蛋白质组成，因此BMCs的壳蛋白不仅具有结构作用，它们还负责选择性的底物转移。蛋白质膜。“

早期的研究揭示了构成BMC壳的各个组分，但对整个细胞器进行成像具有挑战性，因为它的质量大约为6.5兆道尔顿，大约相当于650万个氢原子的质量。这种大小的蛋白质隔室可容纳多达300种平均大小的蛋白质。

研究人员能够展示五种不同类型的蛋白质是如何形成三种不同形状的：六边形，五边形和一对堆叠的六边形，它们组合在一起形成一个20面的二十面体壳。

完整的壳和组分蛋白在伯克利实验室结晶，并且在伯克利实验室的高级光源和斯坦福同步辐射光源(DOE Office of Science User Facilities)收集X射线衍射数据。

该研究的作者说，通过使用本文的结构数据，研究人员可以设计实验来研究分子如何穿过这种蛋白质膜的机制，并建立用于碳捕获或生产有价值化合物的定制细胞器。

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