近日,浙江大学生命科学研究院叶升课题组成功解析了细胞分裂蛋白FtsZ所形成的原丝纤维的三维结构,找到了细胞分裂驱动力的来源,为广谱抗生素的研发提供依据。相关研究成果日前发表于《科学》杂志。

细胞分裂时,母细胞中间会先产生一层隔膜,60多年前,科学家发现了组成这层隔膜的关键蛋白,把它命名为FtsZ。1991年,科学家进一步发现,当细胞分裂发生时,许多个FtsZ蛋白首尾相连形成原丝纤维,这些原丝纤维再相互组合,形成一个围绕细胞的环状结构,名为Z环。在Z环收缩之力的"驱动"下,母细胞向内凹陷,进而一分为二成为两个子细胞。

收缩之力来自哪里？关于这个问题,科学界一直有争议。据介绍,Z环主要由FtsZ蛋白结合GTP形成的原丝纤维组成,当细胞发生分裂,GTP会分解成为GDP,并释放化学能。此前一项研究指出,是FtsZ蛋白,将GTP水解过程中产生的化学能转化为了机械能。但是,这一转换究竟如何实现,几年来一直没有人能够解释。

为此,叶升课题组从结核分枝杆菌中克隆了FtsZ的基因,通过X射线衍射,拍下了100多张不同角度的FtsZ蛋白晶体衍射图,再通过计算机分析,成功得到了FtsZ蛋白的三维结构图,*次看到了这样的景象：GTP水解后,FtsZ原丝纤维发生了50度的弯曲。课题组推测,当GTP水解为GDP时,GTP的γ-磷酸基团和β-磷酸基团之间的共价键断裂,由于二者都携带负电荷,它们之间会产生一个巨大的排斥力,这一排斥力引起FtsZ蛋白发生构象变化,使两个相邻的FtsZ亚基围绕一个支点发生弯曲,GTP水解的化学能就这样推动两个相邻FtsZ亚基之间发生一个相对弯曲,进而引发整个Z环向内收缩。

叶升说,这一研究为开发新的广谱抗菌药物提供了直接的结构信息。"我们可以抑制FtsZ,从而达到抑制细菌分裂的目的。