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【Cell】病毒在微型马达帮助下自我组装
Viral genomes are packaged into procapsids by powerful molecular motors. We report the crystal structure of the DNA packaging motor protein, gene product 17 (gp17), in bacteriophage T4. The structure consists of an N-terminal ATPase domain, which provides energy for compacting DNA, and a C-terminal nuclease domain, which terminates packaging. We show that another function of the C-terminal domain is to translocate the genome into the procapsid. The two domains are in close contact in the crystal structure, representing a tensed state. A cryo-electron microscopy reconstruction of the T4 procapsid complexed with gp17 shows that the packaging motor is a pentamer and that the domains within each monomer are spatially separated, representing a relaxed state. These structures suggest a mechanism, supported by mutational and other data, in which electrostatic forces drive the DNA packaging by alternating between tensed and relaxed states. Similar mechanisms may occur in other molecular motors.
就像微型机械修理店一样，一些病毒也能在微型马达帮助下实现自我组装。如今，科学家已经弄清楚病毒中自然分子马达的结构和工作原理。此发现将导致产生新的用药办法来对抗疾病，如由病毒引起的疱疹，因为这种致病病毒具有类似的分子马达。此研究详细内容发表在12月26日出版的《细胞》杂志上。此发现暗示将有新办法对抗危险的微生物。
病毒不同于细菌和其它生命形式，它们只有在寄主细胞内才能生长和复制，离开寄主细胞就会死亡。
因此，确切知道它们在我们人体内是如何繁衍壮大将是我们控制或摧毁它们的关键。为了解这一切，研究人员利用二种成像技术来观察噬菌体T4病毒的情况。此T4病毒可以感染细菌，在这种情况下，T4病毒的寄主细菌是大肠杆菌。大肠杆菌在温血动物肠道内普遍存在，通常无害，但一些变体能导致食物中毒。结果是，研究人员发现一个病毒在装配时将DNA组装进其头部（或称壳体）的“分子马达”。研究人员表示， DNA的组装是病毒繁殖和感染新宿主的重要一步。而噬菌体T4病毒在将DNA插进壳体时需要马达的帮助。
研究人员还发现，封装马达是由两个蛋白环状结构组成，这两个环状结构含有5个由蛋白gp17组成的片断。研究人员用X射线晶体学方法发现了这些蛋白片断的原子结构。他们还通过冷冻电子显微镜观察了马达环状结构的更详细情况：一个环状结构位于另一个环状结构的上面，上部环状结构的每个蛋白片断与下面环状结构的相应片断分享同一个gp17。一个gp17有两个片断，一个在底部环状结构，另一个在上面的环状结构。其工作原理是：底部环状结构首先附着DNA ，然后由上面环状结构将它拉到上面，再将DNA推进壳体。马达的顶部环状结构则通过带相反电荷的静电作用向上拉动底部环状结构。
病毒由头尾两部分组成。封装DNA的马达位于尾部。在完成封装后，大部分马达会减少，使得尾部附着到壳体上。研究数据还显示，马达是通过两种存在状态――松弛和收缩来产生动力。当顶部环状结构吸引下面环状结构时就处于收缩状态。研究人员发现T4 病毒的马达非常强大，其动力是汽车引擎的2倍，是肌肉肌球蛋白的20倍。为此，美国普渡大学和天主教大学的研究人员还形象地提出了马达的一个工作原理，称马达的一部分像汽车引擎的活塞一样运动，逐渐将遗传物质拖进病毒的头部。
DNA是由碱基对组成的螺旋结构。在T4病毒中，其分子马达将近17.1万碱基对装进了其120纳米×86纳米大的头部。相比之下，人类头发直径大约为8万纳米，而人体基因组大约有30亿对碱基。由于疱疹病毒和其他一些病毒含有相似的DNA封装马达，这一发现将帮助科学家设计干扰这些马达的药物，以治疗一些病毒感染。这一发现还有其他应用前景，如开发当前抗体的替代品。
（《细胞》（Cell），doi:10.1016/j.cell.2008.11.015，Michael G. Rossmann，Venigalla B. Rao） [标签:content1][标签:content2]
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作者:admin@医学,生命科学 2011-07-22 05:11
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