近日來自美國伊利諾大學的科學家們第一次詳細地了解了促使新生蛋白質從核糖體嵌入細胞膜的化學與機械相互作用。相關研究論文分別發表在國際著名期刊《自然結構與分子生物學》（Nature Structural and Molecular Biology）和《美國科學院院刊》（PNAS）雜志上。 

    在第一篇文章中，研究人員獲得了膜蛋白嵌入過程關鍵階段的一個原子接一個原子（atom-by-atom）的快照：此時正值核糖體停泊至細胞膜的通道處，新生蛋白蜿蜒進入到細胞膜中。

    在這項研究中，美國伊利諾大學的計算機理論科學家與德國慕尼黑大學的實驗科學家們展開了協作。研究人員通過低溫電子顯微鏡獲得了膜蛋白嵌入細胞膜瞬間的圖像，并利用先進的計算方法初步揭示了核糖體、細胞膜、膜通道及新生蛋白質相互作用的機制。

   “我們領用冷凍電子顯微成像結合核糖體與其他分子的結構信息構建了一個原子接一個原子的全系統模型，”伊利諾大學物理學與生物物理學系教授Klaus Schulten說：“這一由核糖體、細胞膜及其他元件組成的模型由超過300萬個原子模擬組成?！盨chulten是美國國立衛生研究員資助的伊利諾大學大分子建模與生物信息學中心的首席研究員。利諾大學大分子建模與生物信息學中心主要支持開展活細胞中大分子復合物的研究，尤其關注調控生物膜物質與信息交換的蛋白質。

    研究人員通過分析發現膜通道通向核糖體新生肽鏈的出口，幫助將新生蛋白質推入通道。不同類型的蛋白質利用肽鏈前端的一段信號序列穿過通道，并最終由信號序列決定這些蛋白或是分泌至細胞膜外，或嵌入到細胞膜中。此外，研究人員還第一次觀察到在這一過程中核糖體與細胞膜表面發生了直接的相互作用。

   “這是研究人員第一次通過視覺影像觀察到新生蛋白進入細胞膜的過程，”Schulten說。

    在第二項研究中，Schulten與同事們發現蛋白質是通過兩個階段嵌入到細胞膜中取得。首先，核糖體“推動”新生蛋白質進入細胞膜通道，在第二階段蛋白質進入到細胞膜中。在這篇文中研究人員證實核糖體從細胞其他高能分子處獲得化學能量，這種化學能成為最初的推動力促使高電荷蛋白質輕易地通過進入到細胞膜的非極性環境中。