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分子伴侶素（Chaperonins）是一種ATP依賴的協(xié)助蛋白折疊的多亞基雙環(huán)復合物，在此之前，關(guān)于二型分子伴侶素核酸結(jié)合功能態(tài)的結(jié)構(gòu)以及功能循環(huán)各個環(huán)節(jié)中的構(gòu)象變化的研究都不是很透徹，其中zui為關(guān)鍵的因素就是沒有此類分子開口狀態(tài)的高分辨率結(jié)構(gòu)。該研究將冷凍電鏡三維重構(gòu)和X射線晶體學有效地結(jié)合在一起，獲得了*個開口狀態(tài)的二型分子伴侶3.7?分辨率的結(jié)構(gòu)，對人們認識此類分子的功能循環(huán)過程提供了非常關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)信息。
該研究以來源于古菌Acidianus tengchongensis （AT） strain S5的二型分子伴侶素ATcpnβ為研究對象， 利用負染電鏡三維重構(gòu)的方法獲得了rATcpnβ的14 ?分辨率的閉合構(gòu)象，分析發(fā)現(xiàn)該構(gòu)象與先前報道的閉口狀態(tài)同源晶體結(jié)構(gòu)的單個亞基符合得非常好；同時利用低溫電鏡三維重構(gòu)方法，獲得了ATcpnβ apo狀態(tài)8.8 ?分辨率的三維結(jié)構(gòu)及ATP結(jié)合但未水解狀態(tài)的8.4 ?分辨率的三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)均呈現(xiàn)開口不對稱構(gòu)象，上環(huán)結(jié)構(gòu)較下環(huán)結(jié)構(gòu)閉合（但上環(huán)并不是*閉合的狀態(tài)），該構(gòu)象與先前報道的同源晶體結(jié)構(gòu)符合較差，特別是在頂端結(jié)構(gòu)域。
此外，研究人員經(jīng)過大量努力，獲得了ATcpnβ結(jié)合ADP的開口狀態(tài)的3.7?分辨率的晶體衍射數(shù)據(jù)，以低溫電鏡結(jié)構(gòu)為模型，通過分子置換法解析了其晶體結(jié)構(gòu)，獲得了*個具有9次對稱性的完整二型分子伴侶開口狀態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)，而此前只有8次對稱性的閉口狀態(tài)的原子分辨率晶體結(jié)構(gòu)。分析發(fā)現(xiàn)，該晶體結(jié)構(gòu)的單個亞基能夠與rATcpnβ結(jié)合ATP（但未水解）的開口構(gòu)象非常好地吻合。通過比較開口構(gòu)象和閉合構(gòu)象，較為準確地觀察到二型分子伴侶在從ATP結(jié)合到ATP水解過程的精細構(gòu)象變化——整個亞基作為剛體向內(nèi)的翻轉(zhuǎn)運動和頂端區(qū)相對于赤道結(jié)構(gòu)域～30度的旋轉(zhuǎn)。
此前由于缺乏高分辨率的晶體結(jié)構(gòu)，有些研究認為分子伴侶的腔體關(guān)閉僅僅與lid結(jié)構(gòu)域的運動有關(guān)，另一些研究則認為是整個亞基向內(nèi)的運動所致，該研究獲得的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)解決了這些爭議，提供了zui為準確的構(gòu)象變化過程。
此外，該研究成果充分表明了將電鏡三維重構(gòu)與X射線晶體學結(jié)合在一起對于研究生物超分子復合體的結(jié)構(gòu)、闡述生物問題的巨大優(yōu)勢，這也是結(jié)構(gòu)生物學發(fā)展的一個重要趨勢。此前，由于技術(shù)條件的限制，國內(nèi)的結(jié)構(gòu)生物學研究主要以X射線晶體學為主，電鏡和晶體學結(jié)合的成功例子很少；現(xiàn)在，國內(nèi)在電鏡三維重構(gòu)技術(shù)方面給以巨大投入，該研究無疑是在這種局勢下的一個成功范例。
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