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人类的一种受体蛋白具有与细菌完全相同的检测单个氨基酸的能力

时间：2022-03-03 00:00:00 来源：网络整理

科学家发现，人类的一种受体蛋白具有与细菌完全相同的检测单个氨基酸的能力。

这一发现可能会增强氨基丁酸(GABA)衍生药物的功效，但也具有进化意义:它进一步证明，细菌和人类在感知生命的基本成分(如氧气和食物)方面存在共性。

细胞表面的受体可以检测各种营养物质——例如脂肪、糖和维生素——但它们使用的是不同类型的蛋白质段，称为传感器，目前还不知道常见的化学检测机制。

在这项工作中，科学家们在许多不同的受体中发现了一种通用的传感器，它通过与所有氨基酸共享的两组原子精确地相互作用来检测氨基酸。

“我们第一次发现了检测氨基酸的通用方法。该研究的资深作者、俄亥俄州立大学的微生物学教授伊戈尔·朱林(Igor Jouline)说。

“根据我们的经验，我们能如此精确地从细菌推断出一种非常特定的感官功能到人类，这是非常罕见的，因为这些生命形式相隔了如此长的进化时间——大约30亿年。”

这项研究3月1日发表在《美国国家科学院院刊》上。

氨基酸是生命的组成部分，它通过基因中储存的信息组装蛋白质，在细胞内完成大部分工作。

在对一种引起人类感染的细菌的早期研究中，Jouline的实验室和西班牙的合作者发现了几种能够识别氨基酸的受体，并确定了所有这些蛋白质共有的结构特征。为了进一步了解这一特征，第一作者Vadim Gumerov, Jouline实验室的研究科学家，寻找其他具有类似受体的生物，仔细检查和比较基因组数据，以锁定非常特定的结构特征，称为基序，检测氨基酸。Gumerov通过序列和结构信息分析，确定了人类受体的氨基酸结合基序。

这个基序位于跨越细胞外膜的蛋白质的外表面部分。结合他们的计算和现有的实验数据，该团队确定，除了真菌和少数植物物种外，这种基序存在于跨越生命之树的生物体的蛋白质中。进一步的分析表明，所有含有基序的蛋白质都与氨基酸结合，而且只与氨基酸结合。

在细菌中，这种传感器帮助生物体找到氨基酸，这是一种重要的食物来源。

Jouline说:“它是细菌原始神经系统的一部分，可以探测信号并帮助它们做出决定。”“这有一个惊人的相似之处，因为在人类中，这种氨基酸传感器也是神经系统的一部分。我们在人体的钙通道中发现了这种传感器，它可以调节几个神经元组织中突触释放的神经递质。这些钙通道的故障会导致神经性疼痛。”

这就是GABA的作用所在。在这项研究之前，药物开发人员知道，从伽马氨基丁酸(-氨基丁酸)中提取的药物可以治疗神经性疼痛、纤维肌痛和癫痫，通过附着在人类神经系统中的一种蛋白质，缓解与这些疾病相关的症状。

事实证明，这种蛋白质就是研究小组在人体中发现的蛋白质，它含有能够检测氨基酸(包括GABA)的基序。

英国的合作者帮助证实了这一发现，他们使用一种功能与人类蛋白质完全相同的老鼠蛋白质，在实验中测试了基模突变的影响。改变基序改变了整个受体的功能，阻止了氨基丁酸衍生药物加巴喷丁的有效连接。

Jouline说:“我们的工作并不是解决药理学问题，但它精确地显示了人类蛋白质-氨基丁酸衍生的药物将在哪里结合，以及它们将如何结合。”“这很重要，因为现在如果他们想要改进它或测试不同版本的药物，他们知道确切的化学环境。我们提供了这两个缺失的点——药物的哪个部分将与蛋白质的哪个氨基酸结合，以及它如何在3D空间中定位。”

尽管细菌和人类在生物学上到底有什么共同之处这个古老的问题永远不会有一个明确的答案，但Jouline已经开始更广泛地寻找在维持生命中发挥作用的传感器。

他说:“现在我们知道该去哪里研究了——不是去研究整个蛋白质，而是只研究那些与识别对所有生命系统都很重要的物理和化学参数有关的部分。”

原文标题：

Amino acid sensor conserved from bacteria to humans

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