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我科学家解析出与"呼吸"相关的膜蛋白复合体三维结构

中国“本土”论文25年来首“登”《细胞》杂志

光明日报 2005-7-1 王光荣

   本报北京6月30日电(记者王光荣)中国科学院生物物理研究所所长、清华大学生命科学与医学研究院副院长饶子和院士领导的研究组最近在世界上率先解析出线粒体上一个和呼吸氧化作用密切相关的膜蛋白复合体的三维精细结构。这一研究成果将于7月1日刊登在国际生命科学领域最重要的学术刊物--《Cell(细胞)》上。这是近25年来我国科学家第一次完全立足于"本土",将完整、系统、原创的研究成果发表在这一杂志上,填补了线粒体结构生物学和细胞生物学领域的空白,成为线粒体呼吸链研究领域一个新的里程碑。

   线粒体是细胞内的"动力工厂",普遍存在于真核细胞中。它的功能是通过氧化磷酸化进行能量转换,为细胞活动提供能量。其中,氧化过程由线粒体内膜上的四个呼吸链膜蛋白复合物(简称复合物I、II、III、和IV)来完成。结构决定功能,四个膜蛋白复合物的三维结构怎样?虽然膜蛋白的结构解析难度较高,但从上世纪90年代以来这一直是生物学研究的热点。迄今,美国、日本的科学家分别解析了线粒体膜蛋白复合物III和复合物IV的晶体结构,而复合物I、II的精细结构是什么样却一直是个谜。

   饶子和院士领导的"清华大学-中科院生物物理所"结构生物学联合研究小组从3年前起开始尝试用新办法解析线粒体膜蛋白复合物II的精细结构。科学家尝试利用基因序列与人类非常相近的猪心作为原材料来提取这一膜蛋白复合物,并尝试晶体的培养,在历经晶体生长条件摸索、晶体质量优化、高分辩率数据收集、相位解析、电子密度图解释以及结构修正等数"关"后,终于完成了这一由四种不同蛋白质组成的复杂的膜蛋白复合体的精细结构的测定。在这一研究中,科学家还发现并证实了这一和呼吸氧化作用密切相关的膜蛋白复合体是一个"穿膜蛋白复合物",而不是传统教科书描述的"外周膜蛋白",从而"纠正"了一直以来存在于生物化学和细胞生物学教科书中的传统认识。

   专家指出,人类有很多疾病诸如嗜铬细胞瘤、副神经节瘤和李氏症等均与线粒体复合物II相关。此次饶子和课题组解析出这一结构,将为研究相关线粒体疾病提供真实可用的模型。(见新闻背景链接《饶子和:做科研要有穷追不舍精神》)

(知识界新闻人物)饶子和:做科研要有穷追不舍精神

   饶子和:分子生物物理与结构生物学家,江苏南京人,1977年毕业于中国科技大学,1982年获中科院研究生院硕士学位,1989年获得墨尔本大学博士学位。现任清华大学生命科学与医学研究院副院长;中国科学院生物物理研究所所长;生物大分子国家重点实验室主任。2003年当选为中国科学院院士;2004年,当选为第三世界科学院院士。

   这是25年来我国科学家第一次完全立足于"本土",将完整、系统、原创的研究成果发表在国际生命科学领域权威学术刊物--《Cell(细胞)》上。

   这一荣誉属于饶子和院士领导的科研团队!他们历经三年攻克了世界级的科研难题:率先解析出与"呼吸"密切相关的膜蛋白复合体三维结构,填补了线粒体结构生物学和细胞生物学领域的空白,成为线粒体呼吸链研究领域的一个新的里程碑。

   采访饶子和院士,我很兴奋、也很愉快,两个小时的时间一晃而过。我明显地感觉到,饶子和院士是一位精力旺盛的科学家!他那高亢的言语、麻利的动作、深邃的眼神,很自然的把周围人的情绪带上来。

   "做科学研究就是要有穷追不舍的精神,机遇只会垂青那些有准备并一直在努力的人。"饶子和院士说:"那些具有挑战性的大课题,你根本不知道什么时候能出成果,但即使是这样,我们也要坚持。"

   饶子和的学生孙飞博士说:"饶老师在科研上近乎'玩命'。他甚至比学生精力还好,常常是早上7点左右进实验室,晚上11点后出实验室。"据介绍,这次发表在《细胞》上的论文从成稿到发表仅用了3个多月,一般在这样高水平的刊物上发表文章这一过程需要近半年。饶子和说:"这半年来我们的课题组天天在加班。"

   正因为饶子和这样"玩命",近年来他在科研上攻下了一座座"堡垒",取得了一系列重大成果:回国十年间,饶子和研究组已经表达出200多个与人类健康密切相关的重要蛋白质,并解析出了数十个重要蛋白质的精细结构。继1995年在《Nature》(《自然》)上发表了艾滋病病毒的蛋白质结构8年之后,2003年7月,饶子和研究组在世界上又首次成功地解析了SARS病毒的主要蛋白酶3CLPRO及该酶与抑制剂形成的复合物的三维空间结构,揭示了该酶与底物结合的精确模式,并发现该酶与同一种抑制剂有着不同的结合模式,为抗SARS药物的发现奠定了重要的结构基础。

   饶子和说:"接下去我们课题组将抓紧进行线粒体膜蛋白复合物II的结构与功能关系的深入研究和复合物I的探索,这又是一个极具挑战性的课题。我们已经做好准备!"

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2005-07-05]
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