饒子和 生物物理學(xué)家，1950年9月6日出生于江蘇南京。中國(guó)科學(xué)院院士，第三世界科學(xué)院院士，清華大學(xué)教授。曾任中科院生物物理所所長(zhǎng)，生物大分子國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。現(xiàn)任南開(kāi)大學(xué)校長(zhǎng)。
饒子和主要從事與重要病毒和腫瘤相關(guān)的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)、功能以及蛋白質(zhì)工程與創(chuàng)新藥物的研究。已經(jīng)在 Cell，Nature，Nature Structural & Molecular Biology，PLoS Biology, PNAS，J Biol. Chem.，Structure，J. Mol. Biol.，J Am Chem. Soc.，Curr. Opin. Struct. Biol.等國(guó)際學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文 171篇。
線(xiàn)粒體呼吸電子傳遞鏈復(fù)合物II的三維精細(xì)結(jié)構(gòu)
線(xiàn)粒體作為細(xì)胞器，是真核細(xì)胞活動(dòng)的主要供能單位，是細(xì)胞發(fā)生呼吸作用的主要場(chǎng)所。呼吸鏈酶系定位于線(xiàn)粒體內(nèi)膜，由四個(gè)分子量很大的跨膜蛋白（復(fù)合物I、II、III、和IV）和介于其間的泛醌（UQ）和細(xì)胞色素C組成（圖1）。復(fù)合物 即NADH脫氫酶，其作用是催化NADH的電子傳遞至UQ，同時(shí)將質(zhì)子由線(xiàn)粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移至膜間隙。復(fù)合物 即琥珀酸脫氫酶，其作用是催化電子從琥珀酸轉(zhuǎn)至UQ，但不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。復(fù)合物 即細(xì)胞色素c還原酶，其作用是催化電子從UQ傳給細(xì)胞色素c，同時(shí)將質(zhì)子由線(xiàn)粒體基質(zhì)泵至膜間隙。復(fù)合物 即細(xì)胞色素c氧化酶，其作用是將從細(xì)胞色素c接受的電子傳給氧，在基質(zhì)側(cè)消耗2個(gè)質(zhì)子，同時(shí)轉(zhuǎn)移2個(gè)質(zhì)子至膜間隙。最終闡述這些復(fù)合物的電子傳遞機(jī)制和跨膜質(zhì)子泵的工作原理有待于它們?nèi)S精細(xì)結(jié)構(gòu)的解析。
復(fù)合物III 和復(fù)合物IV的晶體結(jié)構(gòu)在上個(gè)世紀(jì)末獲得了解析。1997年，Di Xia等解析了復(fù)合物III的部分結(jié)構(gòu) [SCIENCE 277, 60-66]；1998年，Zhaolei Zhang等解析了復(fù)合物III存在抑制劑時(shí)的結(jié)構(gòu)[NATURE 392,677-684]；此后，So Iwata等報(bào)告了復(fù)合物III的完整晶體結(jié)構(gòu)[SCIENCE 281,64-71]。1995年, Tomitake Tsukihara等獲得了細(xì)胞色素C氧化酶晶體的高分辨率數(shù)據(jù)[SCIENCE 269, 1069-1074]； 1998年, Shinya Yoshikawa等人解析了細(xì)胞色素C氧化酶的氧化態(tài)，還原態(tài)，疊氮化鈉結(jié)合態(tài)，一氧化碳結(jié)合態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)[SCIENCE 280,1723-1729]。
2005年7月，我國(guó)科學(xué)家首次獲得了豬心線(xiàn)粒體復(fù)合物II的晶體（圖2），并解析了其2.4埃的結(jié)構(gòu)以及其與抑制劑3-硝基丙酸鹽（NPA），2－噻吩甲酰三氟丙酮(TTFA)結(jié)合的結(jié)構(gòu)[CELL 121, 1043-1057]，這是二十五年來(lái)我國(guó)大陸科學(xué)家完全立足于本土，在Cell雜志上發(fā)表的第一篇研究論文。
復(fù)合物II由兩個(gè)親水蛋白（黃素蛋白和鐵硫蛋白）和兩個(gè)穿膜蛋白（共六個(gè)穿膜螺旋）構(gòu)成，看上去象一個(gè)字母q，有一個(gè)親水頭部和一個(gè)穿膜尾部；該復(fù)合物尾部分布了5個(gè)帶電的氨基酸和2個(gè)極性的氨基酸，表明復(fù)合物II是一個(gè)穿膜蛋白復(fù)合物（圖3）。
通過(guò)電子密度圖的計(jì)算，復(fù)合物II中的電子傳遞體——核黃素分子，三個(gè)鐵硫基團(tuán)（[2Fe-2S],[4Fe-4S],[3Fe-4S]）以及血紅素分子得到了精確定位。同時(shí)，與大腸桿菌琥珀酸脫氫酶的結(jié)構(gòu)比較表明電子傳遞體的氧化還原電位是受其周?chē)陌被岘h(huán)境調(diào)制的。
在與抑制劑結(jié)合的結(jié)構(gòu)中存在兩個(gè)TTFA的結(jié)合位點(diǎn)，一個(gè)靠近基質(zhì)，第二個(gè)靠近線(xiàn)粒體膜間隙，由于TTFA是UQ還原的抑制劑，因此這個(gè)發(fā)現(xiàn)具有全新的意義，表明復(fù)合物II可能存在兩個(gè)UQ結(jié)合位點(diǎn)。
最后，我國(guó)科學(xué)家建立了人體線(xiàn)粒體復(fù)合物II的結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)已知的與該復(fù)合物突變相關(guān)的人類(lèi)疾病進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)這些突變位點(diǎn)大多位于電子傳遞體或UQ結(jié)合位點(diǎn)的周?chē)ū?），其突變導(dǎo)致電子正常傳遞的中斷，是相關(guān)疾病發(fā)生的根源，從而為研究與該復(fù)合物相關(guān)的人類(lèi)線(xiàn)粒體疾病提供了一個(gè)真實(shí)的模型。
線(xiàn)粒體復(fù)合物II是世界上獲得的為數(shù)不多的膜蛋白結(jié)構(gòu)中的一員，也是我國(guó)繼去年生物物理所獲得的捕光蛋白復(fù)合物II之后的第二個(gè)膜蛋白結(jié)構(gòu)。
圖1：線(xiàn)粒體內(nèi)膜上四個(gè)呼吸鏈膜蛋白復(fù)合物
圖中從左到右依次為復(fù)合物I，復(fù)合物II，復(fù)合物III和復(fù)合物IV，
其中除了復(fù)合物I以外，其余三個(gè)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到解析，
圖中紅色粗線(xiàn)表示了電子傳遞的方向，紅色細(xì)線(xiàn)表示了在線(xiàn)粒體
基質(zhì)一側(cè)的生化反應(yīng)，黑色的箭頭表示了質(zhì)子的泵出方向。
圖2：顯微鏡下豬心線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合物II的晶體
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圖中橙紅色米粒狀晶體 |
圖3：豬心線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合物II的結(jié)構(gòu)
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圖中為豬心線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合物II晶體結(jié)構(gòu)的飄帶表示圖， |
表1：與人類(lèi)疾病相關(guān)的部分線(xiàn)粒體復(fù)合物II的突變
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亞基 |
點(diǎn)突變 |
人類(lèi)疾病 |
基于結(jié)構(gòu)的解釋 |
| 黃素蛋白 |
Arg-A409?? Cys
(Birch-Machin et al., 2000) |
視萎縮, 肌肉性運(yùn)動(dòng)失調(diào) |
突變影響了琥珀酸的結(jié)合 |
| 鐵硫蛋白 |
Cys-B73?? Tyr
(Neumann et al., 2002) |
嗜鉻細(xì)胞瘤 |
突變破壞了與[2Fe-2S]的結(jié)合 |
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Cys-B164?? Arg
(Neumann et al., 2002) |
突變破壞了與[4Fe-4S]的結(jié)合 | ||
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Cys-B168?? Tyr
(Neumann et al., 2002) |
突變破壞了與[3Fe-4S]的結(jié)合 | ||
| 小穿膜蛋白 |
Arg-D47?? Gly
(Taschner et al., 2001) |
頭頸部的副神經(jīng)節(jié)腫瘤 |
突變破壞了與血紅素的結(jié)合 |
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Leu-D72?? Pro
(Taschner et al., 2001) | |||
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His-D79?? Leu
(Baysal et al., 2000) |