NMR揭开细胞内生命

　　

现在我们可以不进行染色而看到工作状态的单个分子

【生物通编译】

在活细胞中的分子群当中很难跟踪该群体中的“每张脸”。但是加州旧金山分校的研究者发现了一条找到那些进行日常工作的特定细胞蛋白的途径。

Volker D?tsch和同事们希望最终能够使用这一技术监控那些必须穿透细胞外壁并结合到目的分子的药物的作用。

该研究组使用一种化学上常用的分析技术——核磁共振（NMR）光谱——来观察名为汞离子还原酶（MerA）的生物催化剂从大肠杆菌中去除有毒的水银¹。

NMR光谱是一个研究蛋白原子如何在空间排列的有力工具。但是通常用于从细胞中抽提出来，并溶于水的蛋白——因此使用这一技术不能得出很多蛋白质在细胞内情况的信息，或者其形状可能如何根据功能而改变的信息。

但是在任何给定情况下，一个细胞内存在数千个蛋白质和其它分子，而且在这些群体中找到一个特定的分子远非易事。D?tsch和同事们利用NMR光谱工作的方式解决了这一问题。

一些原子的磁性原子核在一个磁场中会发生共振。在NMR光谱中，这些共振原子核吸收能量的频率形成了一种放射性信号，提供单个原子身份和环境的信息。但是不是所有的原子都具有磁性原子核。比如自然界中的大部分的氮原子就没有，只有大约1/300的氮原子的稀有形式——N-15可以产生NMR信号。

D?tsch和同事们建立了含有大量标记有N-15的MerA的大肠杆菌细胞。因此MerA蛋白产生的NMR信号超出了其它也吸收了N-15的蛋白和细胞物质产生的信号。

该研究组将标记的细菌放到一个标准NMR光谱仪中，用MerA蛋白产生的NMR信号来比较其在细胞内的形状和通过传统方法（细胞抽提）获得的蛋白形状。他们发现两种形状几乎完全一致。

在某种程度上可以说，自从染色技术在十九世纪末发展起来以来———细胞的一些成分更容易吸收染料，生物化学家已经能够观察细胞内事件了。但是在最近一些年，已经设计出了几种方法跟踪单个分子，如蛋白质。

一个最常用的方法是将荧光标记加到特定分子上，以看看它们是如何在细胞中分布的。这样的研究带来了细胞如何通过制造特定蛋白质对刺激做出反应之类的信息。

1. Serber, Z. et al. High-resolution macromolecular NMR spectroscopy inside living cells. Journal of the American Chemical Society 123, 2446–2447 (2001).

——摘译自3月16日Natuer scienceupdate（heartlake）

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