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海洋细菌揭示细胞如何控制有毒金属

在东英吉利大学(UEA)的研究中,海洋细菌为细胞如何保护自己免受金属离子(如铁和铜)的毒性作用提供了新的见解。

虽然金属离子对生命至关重要,但它也可以产生活性氧(ROS) - 高反应性分子,当它们试图与其他分子形成键时会破坏细胞。

在人类中,活性氧与衰老以及癌症等疾病有关。为了减少铁的毒性作用,称为铁蛋白的蛋白质家族解毒并将金属离子储存在其足球形状的蛋白质外壳中,产生安全但可接近的沉积物,当环境中的铁变得稀缺时,该沉积物可被细胞吸收。

UEA团队与埃塞克斯大学和加利福尼亚斯克里普斯研究所的研究人员合作,发现了一种特定海洋细菌中的铁蛋白如何成功地进行这种解毒过程。

不同寻常的是,细菌会产生铁蛋白,以响应高水平的铜,而不是铁。

研究小组发现铁蛋白和铜之间没有直接的相互作用,而铁蛋白催化氧和铁之间的新反应。这产生了铁蛋白的一种形式,其具有增强的直接解毒ROS能力,同时还实现其铁储存和解毒作用。

来自东英吉利大学化学学院的Nick Le Brun教授说:“我们相信这条新途径中的铁已被铜转化为其他含铁蛋白质,细菌通过产生铁蛋白来控制被驱替铁的毒性。 。这特别令人感兴趣,因为铁蛋白的参与程度与动物相似,而不是其他细菌。“

这种类型的过程以前没有被科学家发现,并证实在不同的生物体中存在许多不同的铁蛋白机制。

来自埃塞克斯大学的Dima Svistunenko博士说:“在许多系统中研究了产生有害ROS的铁和氧化物之间的化学反应,其中包括来自一系列生物体的许多铁蛋白。但是,在这里,我们看到全新的反应性,指向前所未有的解毒过程,涉及跨蛋白质分子的长程电子转移。

对该团队进行的基因组数据库的搜索也发现许多其他类似的海洋细菌可能在压力条件下产生类似的铁蛋白。该团队现在计划扩展他们的研究,以调查新机制的普及程度。“以前研究过的铁蛋白,或者一般来说,铁酶都不会像新发现的铁蛋白那样发生反应,”Le Brun教授说。

“这种新型化学不仅代表了我们对天然抗氧化过程的理解的突破,它还揭示了未来工程生物催化剂的新可能性,例如,可用于药物开发。”

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