植物水通道蛋白中发现糖渗透

水通道蛋白可以使水穿过植物细胞膜，被认为不能渗透糖分子，但阿德莱德大学的研究人员首次观察到植物水通道蛋白中的蔗糖运输，对这一理论提出了挑战。

这一发现是由农业、食品和葡萄酒学院的研究人员做出的，它拓宽了水通道蛋白在植物生物学中的作用的概念，并将对植物生物工程在食品生产和植物生存方面的应用产生影响。

水通道蛋白属于一类被称为水转运蛋白的膜蛋白，由美国分子生物学家、诺贝尔奖获得者彼得·阿格雷于1993年首次发现。

水渗透小分子的概念在当时已被接受，但尚不清楚水通道蛋白是否能渗透更大的分子，如蔗糖。

这一点现在已经得到了证实，研究人员采用多学科方法观察HvNIP2的生化过程;1，这是一种在大麦中发现的Nodulin 26样内在蛋白。

“我们使用了纳米生物技术、电生理学、蛋白质化学、蛋白质建模和计算化学。阿德莱德大学的Maria Hrmova教授说:“我们还将大量的实验和理论数据与探索约3000种水通道蛋白的系统发育组学进行了整合。”

HvNIP21不同于水通道蛋白的其他亚类，因为它具有改变的结构特征，因此它获得了转运糖的能力。

研究人员有兴趣了解它可能还有哪些其他功能，以及它们之间的关系在植物中功能。

“我们还对HvNIP2进行了全尺寸转向分子动力学模拟;1和与HvNIP2相比在结构和功能上不同的菠菜水通道蛋白-a;1 -显示水、硼酸和蔗糖的潜在精馏。这将是未来研究的主题，”Hrmova教授说。

这一发现已经发表在生物化学杂志这是一个生物化学、生物物理学和生物学交叉领域的基础研究论坛，展示了质疑假设知识的重要性。

“这项工作表明，除了水之外，我们需要对不同的水通道蛋白可能渗透的问题持更加开放的态度，”论文的合著者史蒂夫·泰尔曼教授说，他此前揭示了植物水通道蛋白中的离子渗透。

Hrmova教授说:“水可能次于水通道蛋白中的其他重要分子，或者由于大量的蛋白质-配体相互作用，一些分子可能共同转运水和其他分子。”

了解水通道蛋白的特性对于生物工程设计具有改进特性(如底物特异性、热稳定性和折叠性)的新型蛋白质非常重要。

这些特性对植物的生存至关重要，因为它们调节水分和养分吸收，控制溶质在植物中的分布，从细胞质中去除毒素，并回收有价值的糖。

鉴于水通道蛋白和其他膜转运蛋白的守门功能，它们是农业生物技术中增加作物可食用部分营养含量的有吸引力的靶标，不包括有毒元素，这些元素一起直接影响作物质量并最终持续生产我们的食物。

来源: Materials provided by University of Adelaide. Original written by Johnny von Einem.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Akshayaa Venkataraghavan, Julian G. Schwerdt, Stephen D. Tyerman, Maria Hrmova. Barley Nodulin 26-like intrinsic protein permeates water, metalloids, saccharides, and ion pairs due to structural plasticity and diversification. Journal of Biological Chemistry, 2023; 299 (12): 105410 DOI: 10.1016/j.jbc.2023.105410