會(huì)員動(dòng)態(tài)
李峻柏課題組實(shí)現(xiàn)硼酸分子作為化學(xué)燃料驅(qū)動(dòng)生物分子馬達(dá)ATP合酶的能量合成
生物體內(nèi)生物分子馬達(dá)合成三磷酸腺苷（ATP）的效率，決定了細(xì)胞分裂、增殖和凋亡等系列生物活動(dòng)。ATP是可被細(xì)胞直接利用的能量貨幣，通常情況下，能經(jīng)過(guò)葉綠體與線粒體上生物分子馬達(dá)ATP合酶，在跨膜質(zhì)子梯度勢(shì)驅(qū)動(dòng)下催化獲得。利用分子組裝技術(shù)，構(gòu)建類細(xì)胞功能組裝體，模擬或調(diào)控ATP合成和消耗是化學(xué)、材料與生命科學(xué)交叉研究前沿的熱點(diǎn)。
在國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的支持下，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所膠體、界面與化學(xué)熱力學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李峻柏研究團(tuán)隊(duì)在生物分子馬達(dá)ATP合酶的可控組裝與功能調(diào)控研究方面取得了一系列原創(chuàng)性和系統(tǒng)性研究成果（Nat. Rev. Chem.2019, 3, 361-374），引領(lǐng)了國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域的研究。在前期的研究探索中，該課題組成功地通過(guò)組裝技術(shù)，有效地模擬葉綠體和線粒體的結(jié)構(gòu)與功能，實(shí)現(xiàn)了ATP合酶進(jìn)行能量ATP合成的功能增強(qiáng)(Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 12903;2018, 57, 6532;2019, 58, 796;2019, 58, 1110;2019, 58, 5572）。
最近，該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分子組裝技術(shù)構(gòu)建類細(xì)胞結(jié)構(gòu)，利用硼酸與多元醇之間的化學(xué)反應(yīng)生成環(huán)狀硼酸酯釋放質(zhì)子，在膜內(nèi)外建立質(zhì)子梯度勢(shì)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)生物分子馬達(dá)ATP合酶轉(zhuǎn)動(dòng)催化合成ATP。研究發(fā)現(xiàn)，多元醇分子結(jié)構(gòu)能夠影響質(zhì)子產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)，進(jìn)而控制ATP產(chǎn)生速率。他們所構(gòu)建的復(fù)合組裝體系能同時(shí)進(jìn)行級(jí)聯(lián)反應(yīng)和酶催化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了硼酸分子作為化學(xué)燃料驅(qū)動(dòng)生物分子馬達(dá)ATP合酶的能量合成，為開(kāi)發(fā)無(wú)核細(xì)胞的能量合成提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的Angew. Chem. Int. Ed.?2021, 60, 7617-7620，并被選為Hot Paper。本文第一作者是博士研究生胥夏，通訊作者是李峻柏研究員和費(fèi)進(jìn)波副研究員。
圖1化學(xué)-酶催化級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)生物能量合成
膠體、界面與化學(xué)熱力學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
