上海
所有生物体都依赖能量来维持基本的生理功能，而ATP（腺苷三磷酸）则是细胞内的主要“能量货币”。
北京时间今天（13日）凌晨，中国科学院分子植物科学卓越创新中心范敏锐研究团队联合西湖大学、复旦大学、浙江大学研究团队，在国际顶尖学术期刊《自然》上发表最新成果。联合团队揭示了病原体与植物叶绿体ATP运输蛋白的三维结构和分子机制，为相关疾病的药物研发及作物改良提供了新思路。
病原体和叶绿体的能量分子ATP运输蛋白
在自然界中，一类特殊的病原体必须寄生在宿主细胞内部才能存活，被称为专性胞内病原体。这些病原体包括能引起性传播疾病和传染性失明的沙眼衣原体，引发非典型肺炎的肺炎衣原体，引起流行性斑疹伤寒的立克次氏体等。这类病原体还包括损害养殖业和柑橘业的胞内劳森菌和亚洲韧皮杆菌，导致严重经济损失。
研究发现，这些专性胞内病原体由于自身能量代谢能力退化，无法独立产生足够ATP，因此必须从宿主细胞获取能量。在它们的细胞膜上存在一种特殊的ATP运输蛋白，通过等量交换ATP及其水解产物ADP（核苷二磷酸）加磷酸根（Pi），持续从宿主细胞获取能量，确保自身生存繁殖。
有趣的是，类似的ATP运输蛋白也存在于植物叶绿体中。叶绿体负责植物光合作用，是氧气和有机物的来源。根据内共生理论，叶绿体起源于蓝细菌，但蓝细菌本身并不具备ATP运输蛋白。有假说认为，最初的真核细胞同时吞噬了固氮蓝细菌和衣原体，蓝细菌通过基因水平转移获得ATP运输蛋白，以满足固氮过程所需的高能量需求。随后，ATP运输蛋白在进化过程中被保留下来，成为叶绿体和其他质体中的关键部分。
考虑到ATP运输蛋白对病原体生存的重要性，早期研究提出若能抑制其活性，则可能开发出新型抗生素或治疗药物。另一方面，增强叶绿体或淀粉体ATP运输蛋白的活性，可能提高植物光合作用效率，增加农作物产量。然而，尽管ATP运输蛋白的研究已有50多年，其具体的ATP识别和跨膜运输机制仍不清晰，阻碍了药物设计和蛋白改造的进展。
在这项研究中，范敏锐研究团队与合作者首次肺炎衣原体和植物叶绿体ATP运输蛋白的高分辨率三维结构，发现二者结构高度相似，印证了叶绿体ATP运输蛋白来源于衣原体的假说。
病原体/植物叶绿体ATP运输蛋白的工作机制
“研究还揭示了ATP结合位点位于蛋白中央，天冬酰胺等关键氨基酸对ATP识别至关重要。此外，该蛋白的前后两半部分可相对摆动，促进ATP或ADP+Pi的结合与跨膜运输。”范敏锐告诉新民晚报记者。
据悉，这一研究为开发针对专性胞内病原体的新型抗生素提供了分子基础。此外，该研究不仅深化了对叶绿体内共生过程中跨膜能量传递机制的理解，也有助于改造ATP运输蛋白提升作物光合作用效率和农业增产。
原标题：上海科学家参与的研究登上国际顶刊，为药物研发及作物改良提供新思路
栏目编辑：马丹 图片来源：采访对象供图
来源：作者：新民晚报 郜阳
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