1秒鐘跑出自己身長(cháng)60倍、甚至100倍的距離是很多細菌具有的運動(dòng)能力。細菌的運動(dòng)能力依賴(lài)于其特異的運動(dòng)器官—鞭毛。鞭毛是一個(gè)巨大的納米機器，由細胞膜上的馬達、胞外接頭裝置和鞭毛絲組成，是自然界中最高效、最精密的分子引擎，也是最復雜的蛋白質(zhì)機器之一，能夠每秒鐘旋轉300-2400圈。由于其高度復雜性，鞭毛馬達的工作原理尚未得到揭示。

在國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“蛋白質(zhì)機器與生命過(guò)程調控”重點(diǎn)專(zhuān)項的支持下，浙江大學(xué)研究團隊利用冷凍電鏡技術(shù)解析了來(lái)源于病原菌沙門(mén)氏菌的天然狀態(tài)下的鞭毛馬達-接頭裝置復合物的原子分辨率冷凍電鏡結構，該復合物包含12種蛋白，共計175個(gè)亞基，總分子量超過(guò)6.3 MDa。該團隊首先解析了整體鞭毛馬達-接頭復合物的3.9 Å結構，之后進(jìn)行了局部細化解析，最終將聯(lián)動(dòng)桿、外膜-周質(zhì)環(huán)、內膜環(huán)、分泌裝置以及接頭裝置等鞭毛馬達不同部位的局部分辨率依次達到3.2 Å、2.8 Å、3.6 Å、3.2 Å和3.4 Å。研究團隊還揭示了鞭毛馬達帶動(dòng)鞭毛絲高速轉動(dòng)的機制：內膜環(huán)克服馬達內部的結構不對稱(chēng)性向聯(lián)動(dòng)桿傳輸扭矩;外膜-周質(zhì)環(huán)驅動(dòng)聯(lián)動(dòng)桿高速旋轉;聯(lián)動(dòng)桿通過(guò)緊密的管狀結構與接頭裝置相連，將扭矩傳遞至接頭裝置，進(jìn)而帶動(dòng)鞭毛絲的轉動(dòng)，像潛艇螺旋槳一樣驅動(dòng)了細菌的運動(dòng)。該研究首次揭示了細菌鞭毛馬達獨特的高分辨率精細結構及其組裝和扭矩傳輸機制，闡釋了鞭毛馬達的工作原理。

該研究有利于更好地了解微觀(guān)世界的分子發(fā)動(dòng)機，也為相關(guān)的合成生物學(xué)、生物物理學(xué)、納米機器人等研究奠定了堅實(shí)的基礎，研究成果近期發(fā)表在Cell雜志上。

來(lái)源:科技部

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