三磷酸腺苷（ATP）是所有活細(xì)胞的主要“能量貨幣”。代謝受損的專性細(xì)胞內(nèi)寄生體，例如人類病原體沙眼衣原體和普氏立克次體，能夠通過(guò)一種獨(dú)特的 ATP/ADP 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白從宿主細(xì)胞中獲取 ATP，該轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo) ATP 進(jìn)入寄生細(xì)胞，同時(shí)將 ADP 和磷酸鹽運(yùn)出，從而“竊取”并利用宿主細(xì)胞的能量?jī)?chǔ)備，這一過(guò)程也稱為能量寄生。
這種類型的 ATP/ADP 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白也存在于原生生物的專性胞內(nèi)內(nèi)共生體以及植物和藻類的質(zhì)體（例如葉綠體）中，并在內(nèi)共生中發(fā)揮重要作用。內(nèi)共生假說(shuō)認(rèn)為，真核生物中的葉綠體、線粒體等細(xì)胞器源于被其吞噬的藍(lán)細(xì)菌。質(zhì)體/寄生體的 ATP/ADP 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在系統(tǒng)發(fā)育和功能上與線粒體的 ATP/ADP 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白不同，其結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制尚不清楚。
2025年3月12日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心范敏銳團(tuán)隊(duì)與西湖大學(xué)吳旭冬團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)張金儒團(tuán)隊(duì)及浙江大學(xué)蘇楠楠團(tuán)隊(duì)合作，在 Nature 期刊發(fā)表了題為：Structure and mechanism of the plastid/parasite ATP/ADP translocator 的研究論文。
該研究解析了葉綠體和衣原體 ATP/ADP 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 NTT 的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，深化了對(duì)于葉綠體內(nèi)共生過(guò)程中跨膜能量傳遞的分子機(jī)制的理解。
在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告了兩種質(zhì)體/寄生體 ATP/ADP 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（分別來(lái)自葉綠體和衣原體）在無(wú)底物和結(jié)合底物狀態(tài)下的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。
ATP/ADP 結(jié)合口袋位于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 N 端結(jié)構(gòu)域和 C 端結(jié)構(gòu)域的交界處，口袋內(nèi)一個(gè)保守的天冬酰胺殘基對(duì)底物特異性至關(guān)重要。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通過(guò)一種搖臂開(kāi)關(guān)式（rocker-switch）的交替訪問(wèn)機(jī)制發(fā)揮作用，該機(jī)制涉及兩個(gè)結(jié)構(gòu)域作為剛體的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
質(zhì)體/寄生體 ATP/ADP 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的跨膜ATP/ADP轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程
該研究不僅揭示了葉綠體和衣原體 ATP/ADP 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白識(shí)別和跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)底物的分子機(jī)理，加深了對(duì)于葉綠體內(nèi)共生過(guò)程中跨膜能量傳遞機(jī)制的理解，也為改造該蛋白用于改良作物提高產(chǎn)量以及設(shè)計(jì)抑制劑治療專性細(xì)胞內(nèi)病原體引起的疾病提供了重要思路。
中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心副研究員林華建、西湖大學(xué)博士生黃堅(jiān)、中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心科研助理李天明和博士后李文娟為論文共同第一作者。中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心范敏銳研究員、西湖大學(xué)吳旭冬研究員、復(fù)旦大學(xué)張金儒研究員及浙江大學(xué)蘇楠楠研究員為論文共同通訊作者。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08743-3
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