生物化学家揭示了复杂分子如何在体内移动铁

新的研究提供了对一类重要分子如何在人类细胞中产生和移动的见解。

多年来，科学家们知道线粒体 - 体内细胞内对呼吸和能量产生至关重要的特殊结构 - 参与铁硫辅助因子的组装和运动，铁硫辅助因子是人体中的一些必需化合物。但直到现在，研究人员还不明白这个过程究竟是如何工作的。

发表在《自然通讯》杂志上的新研究发现，这些辅助因子在一种叫做谷胱甘肽的物质的帮助下移动。这种抗氧化剂通过运输这些必需的铁辅因子穿过膜屏障来帮助防止某些类型的细胞损伤。

谷胱甘肽是有益的，因为它有助于调节铁等金属，铁被红细胞用来制造血红蛋白，血红蛋白是一种帮助将氧气输送到全身所需的蛋白质，该研究的合著者，俄亥俄州立大学化学和生物化学名誉大学名誉教授James Cowan说。

“铁化合物对于细胞生物化学的正常功能至关重要，它们的组装和运输是一个复杂的过程，”Cowan说。“我们已经确定了一类特定的铁辅因子如何通过使用复杂的分子机制从一个细胞隔室移动到另一个细胞区室，使它们能够用于细胞化学的多个步骤。

铁硫簇是一类重要的化合物，可执行各种代谢过程，例如帮助转移能量产生的电子和在细胞中制造关键代谢物，以及协助复制我们的遗传信息。

“但是当这些簇不能正常工作或关键蛋白质无法获得它们时，就会发生坏事，”考恩说。

如果无法发挥作用，腐败的蛋白质会导致多种疾病，包括罕见形式的贫血，弗里德赖希共济失调(一种导致进行性神经系统损伤的疾病)以及许多其他代谢和神经系统疾病。

因此，为了研究这种基本机制是如何工作的，研究人员首先采取一种叫做嗜热梭菌的真菌，鉴定感兴趣的关键蛋白质分子，并产生大量的蛋白质用于结构测定。该研究指出，他们在嗜热梭菌中研究的蛋白质本质上是人类蛋白质ABCB7的细胞双胞胎，ABCB<>在人体中转移铁硫簇，使其成为研究人类铁硫簇输出的完美标本。

通过使用冷冻电子显微镜和计算建模的组合，该团队随后能够创建一系列结构模型，详细说明线粒体用于将铁辅因子输出到体内不同位置的途径。虽然他们的发现对于更多地了解细胞生物化学的基本组成部分至关重要，但考恩说，他很高兴看到他们的发现以后如何推动医学和治疗。

“通过了解这些辅因子如何在人类细胞中组装和移动，我们可以为确定如何预防或缓解某些疾病的症状奠定基础，”他说。“我们还可以利用这些基础知识作为理解细胞化学的其他进展的基础。