研究人员成功绘制出一种相对大型、复杂且罕见的分子的高分辨率三维图谱：哺乳动物线粒体（细胞内的能量工厂）中的完整核糖体（蛋白质生产机器）。
哺乳动物线粒体核糖体的结构。两种tRNA分子（黄色和粉色）位于中央，它们负责将蛋白质构件送至核糖体。（可视化：Basil Greber、Nenad Ban / 苏黎世联邦理工学院）
作为正常代谢的一部分，我们身体的每个细胞每秒都会产生新的蛋白质。核糖体是由众多组分构成的分子复合体，是这一过程中发挥作用的主要参与者。它们读取遗传物质副本中编码的信息，并以此为蓝图，逐个构件组装蛋白质。人类和其他哺乳动物的细胞中有两类核糖体：“常规”核糖体数量众多，存在于所有细胞中；另一类则是结构不同、数量较少的线粒体核糖体。线粒体是细胞内的区室，也被称为细胞的能量工厂，因为它们为所有细胞过程提供能量。
阐明线粒体核糖体的详细三维结构并非易事。一方面，与所有核糖体一样，线粒体核糖体是相对大型且复杂的分子。另一方面，它们数量稀少，难以获取高度纯化的线粒体核糖体。一年前，由分子生物学与生物物理学研究所教授Nenad Ban和分子系统生物学研究所教授Ruedi Aebersold带领的苏黎世联邦理工学院研究人员，成功确定了哺乳动物——更具体地说是猪——线粒体核糖体一个亚基的详细结构。在刚刚发表于《科学》杂志的后续研究中，同一团队如今绘制出了猪完整线粒体核糖体的三维图谱。
分子“运作中”
此次呈现的分子结构有一个特别之处：它展示了核糖体“运作中”的状态。除了核糖体本身，苏黎世联邦理工学院的研究人员还绘制出一种附着在核糖体上的分子，其中包含蛋白质蓝图（称为mRNA）。他们也绘制了两种tRNA分子，它们负责将蛋白质构件送至核糖体。
研究人员结合两种技术实现了这一目标：冷冻电子显微镜（检查前将样本快速冷冻）和质谱法。因此，他们获得了哺乳动物线粒体核糖体的三维结构，分辨率达到前所未有的3.8埃（不到0.4纳米）。“近年来，冷冻电子显微镜技术取得了长足发展。如今，我们拥有能够校正样本微小移动的电子探测器，否则这些移动会导致图像模糊，”苏黎世联邦理工学院教授Ban解释道。科学家们在苏黎世联邦理工学院光学与电子显微镜科学中心（ScopeM）进行了冷冻电子显微镜实验。
线粒体中的核糖体与细菌核糖体有相似之处。准确了解其结构在包括药物研究在内的多个领域都很重要；例如，这有助于开发能够攻击细菌核糖体、抑制微生物，同时不会对人体线粒体造成任何不良副作用的抗生素。
本文由 苏黎世联邦理工学院合作发布。发布本文并不代表世界经济论坛认可其中观点。
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作者：Fabio Bergamin曾在巴塞尔和斯特拉斯堡学习生物技术，并获得伯尔尼大学免疫学博士学位。
图片：分子遗传学技术专家在人体与分子遗传学中心工作。路透社/Jim Young。
