Cell科普:从一只香蕉说起“K+结合蛋白”
2016/06/10
香蕉的主要好处之一是它的钾含量高,准确的说,是钾离子(K+)很高,后者在生物学中是一个至关重要的离子。近日科学家研究发现大肠杆菌细胞质中Kbp(K+ binding protein,即K+结合蛋白)或是一个K+含量水平的传感器。

Cell旗下子刊Cell Chemical Biology和Structure的高级编辑Milka Kostic近日撰文表示,她早餐最爱之一食品是燕麦,由于燕麦本身很乏味,为了改善口味她通常会增加一个香蕉。

香蕉,对于大多数人而言,是普通得不能再普通的小食,香蕉很容易买到,且便宜,最最重要的是对身体有好处。

香蕉对身体有何好处?

香蕉的主要好处之一是它的钾含量高,准确的说,是钾离子(K+)很高,后者在生物学中是一个至关重要的离子。譬如:

1)作为细胞内基本的“碱度”,调节细胞内的离子强度。

细胞内K+浓度和Na+的浓度之间的平衡关系对机体调节生理机能同样重要。K+与Na+的浓度比建立了膜电位差,这对神经递质,心脏功能和肌肉收缩很重要的。

2)细菌官能,离子通道和传递同样需要K+。

从结构生物学的角度来看,就研究能力而言和结构上描述膜蛋白的特点细菌的钾离子通道导致相当多真正的突破,甚至是2003年的诺贝尔化学奖。但了解转运通道和转运蛋白如何实现和K+怎样进出细胞来维持正常的离子平衡只是其中的一部分。人类对哪些蛋白参与其中,本来有多少K+存在细胞内知道更少。

核磁共振(NMR)光谱学家 Brian Smith;格拉斯哥大学(University of Glasgow)细菌学家Daniel Walker与同事正在证明:大肠杆菌细胞质中Kbp(K+ binding protein,即K+结合蛋白)可能是一个K+含量水平的传感器。Khuram Ashraf ,Inokentijs jost和Khedidja Mosbahi三位第一作者在5月期的Structure杂志中描述了他们的结论。

3)K+的亲和力变化取决于在于Kbp环境中存在多少NaCl。

如果有NaCl过多,Kbp结合力弱;如果有NaCl较少,蛋白约束力更强。值得一提的是,Kbp不结合Na+。

4)大肠杆菌在Kbp不存在时,不能在外部高浓度K+很好地生长。

为何K+影响细菌官能,离子通道和传递?

在这项研究中,科学家的出发点是一个早期的观察结果。当大肠杆菌处在高盐条件下,Kbp水平会提高导致细菌的渗透压力。

过去,Kbp结构包含两个不同的领域,一个叫BON域,为细菌渗透压和分枝结构;另一个叫赖氨酸M域,为赖氨酸的主要结构。

无论Kbp结合K+或是其他不同离子,都有助于大肠杆菌的生存。本研究中,作者首先指出Kbp结合K+离子,一个离子结合一个蛋白质分子。

使用核磁共振光谱(NMR)发现,Kbp不是只结合K+,但是K+结合使Kbp结构发生重大变化。没有K+,Kbp处于一片混乱且明确的结构特征消失,整个蛋白质延伸与K+离子结合,Kbp折叠成一个心形的结构,BON域和赖氨酸M域全部需要有K+与之结合。

根据上述信息,科学家设计出一个Kbp的图片,Kbp在细胞内发挥平衡K+体内作用。在BON和赖氨酸(Lys)M域中, BON域是真正的K+结合域,LysM域只是辅助域。Kbp可能很快释放出K+,因此其和感应器更像。作者最后表示,一个(或两个)香蕉可以保持体内钾平衡。

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