本报杭州7月25日讯

　　记者 李月红 通讯员 周炜

　　关于宇宙的“第一推力”,一生研究力学的牛顿始终不得其解，在晚年，他将答案给了神学——是上帝给了宇宙第一把力量。

　　在微观世界，生命的“第一推力”同样令人着迷——生命的演化依赖于细胞的不停分裂，但在最初分裂的一刹那，是什么力量让细胞产生力量，进而一分为二？

　　最新一期出版的《科学》杂志上，来自中国浙江大学生命科学研究院叶升课题组给出了这样的答案：通过解析细胞分裂蛋白FtsZ所形成的原丝纤维的三维结构，发现细胞内的关键蛋白，在水解GTP（鸟嘌呤三核苷酸磷酸）之后，导致其两个磷酸基团产生巨大的排斥而释放机械能，令细胞向内凹陷，产生分裂力。这也是科学家第一次弄清楚细胞分裂的科学原理。

　　细胞的第一次分裂力，源自哪里？近几十年来，科学家们一开始找到了关键蛋白FtsZ，当细胞分裂时，母细胞中间先产生了这样一层隔膜。随后科学家发现细胞的“第一推力”来自自身的凹陷，正是FtsZ蛋白，将GTP水解过程中产生的化学能转化为机械能。这篇于2008年刊登在《科学》杂志上的论文，终结了科学家对细胞分裂力来自外部还是内部的争议。但是，这一力量转换究竟如何实现，却一直没有人能够解释。

　　“如果能解析到FtsZ蛋白原丝纤维的三维结构，其中的机制就能真相大白。”叶升教授多年来从事结构生物学的研究，在他眼中，一个个蛋白质，就是一部部大自然神秘的生物分子机器，他的研究，就是要“打开”机器，通过分析机器的结构来解释机器的功能。“每个细胞都是一个物质、能量与信息过程精巧结合的综合体，即使是最简单的细胞，也远比迄今人类设计出的任何计算机控制的智能机器更为精巧。”

　　正如汽车的发动机，它将汽油燃烧产生的化学能转化为机械能，从而驱动汽车前进。叶升课题组的目标就是摸透这部细胞里的“发动机”的工作原理。5年来，有一个信念支持着课题组：“大自然是不会轻易浪费一点能量的。”

　　在以往的科研中，科学家选择了单体或由两个蛋白形成的二聚体作为观察对象，叶升课题组则从结核分枝杆菌中克隆了FtsZ的基因，通过X射线衍射，课题组拍下了100多张不同角度的FtsZ蛋白晶体衍射图。再通过计算机分析，他们成功得到了FtsZ蛋白的三维结构图。“这就好比，立体观察会比平面观察获得更丰富的数据。”叶升说。

　　在这个三维结构图中，科学家第一次看到了这样的景象：GTP水解后，FtsZ原丝纤维发生了50度的弯曲。课题组推测，当GTP水解为GDP（鸟嘌呤二核苷酸磷酸）时， GTP的α-磷酸基团和β-磷酸基团之间的共价键断裂，由于二者都携带负电荷，它们之间会产生一个巨大的排斥力，这一排斥力能够引起FtsZ蛋白的柔软部分发生构象变化，从而使两个相邻的FtsZ亚基围绕一个支点发生弯曲，GTP水解的化学能就这样推动两个相邻FtsZ亚基之间发生一个相对弯曲。这个相对弯曲提供了细胞膜内陷的“原始动力”。

　　“我们从结构生物学角度，更精确地理解了细胞分裂机制，回应并进一步解析了2008年《科学》杂志提出的观点。”叶升说。下一步，课题组将以此研究成果作为靶标，进行肺结核病的分子药物设计。“也就是说，当肺结核病菌通过细胞感染，并借助细胞分裂力量繁殖病菌时，研究人员通过抑制FtsZ从而达到抑制细菌分裂的目的。对于类似细菌感染类的大量疾病，弄清细胞的‘第一推力’有着重要的科学意义。”