11月29日《自然》雜志精選

封面故事：
 
核孔復合物的結構

核孔復合物在細胞中起關鍵作用，它是細胞質與細胞核內物質輸送活動的看護者。它是一種大型超級分子復合物，由多個版本的大約30種不同蛋白組成——總共至少有450個蛋白分子。細胞生物學家非常想知道這些分子中的每一個是怎樣放置到各自的位置而構成核孔的，但迄今為止，傳統的結構研究卻未能弄清這一點。不過現在，一種復雜的、基于蛋白組學的新方法為酵母核孔復合物的結構提供了一個詳細的視圖。該復合物的一半是由一個核心腳手架組成的，它形成一個覆蓋在核包裹膜表面上的網絡，該復合物就潛入在這層膜之內。這一具有選擇性的輸送障礙機構由大量貼在該腳手架內面的蛋白組成。盡管這種復合物很大，但其中卻只有少數幾個結構模塊。這種結構上的簡單性為了解其演化起源提供了可能的線索：它可能起源于一種“原始的”核孔復合物。
 
中孔材料中分子擴散運動的觀測
 
具有中等孔（即直徑在幾百納米的孔）的材料有很多潛在應用，包括存儲、分離和催化轉換等，其中大多數應用都依賴于外來分子通過這些孔所進行的擴散。然而，尚沒有方法將外來分子的運動與材料的結構關聯起來。隨著一種將電子顯微鏡與光學單分子跟蹤結合起來在一種中孔材料中對分子擴散進行觀測的方法的開發成功，這種情況將會改變。研究人員首次能夠“看到”外來分子（在本研究中進行了染色）響應于主體的結構特征而在納米尺度上改變運動速度或方向。這一結果為更深地了解中孔固體的性質創造了條件。
 
細菌毒素進入細胞內過程的成像研究
 
對細菌毒素吸收進細胞中的一個早期階段（膜內折的形成）所進行的一項成像研究，顯示了一個由貨物誘導的機制，該機制也許還適用于其他病原體，如病毒等，并且更普遍地適用于其他細胞內吞事件。研究人員觀測到，志賀氏毒素（由疾志賀氏菌產生）的B-亞單元通過狹窄的管狀膜內折進入細胞。該毒素在管狀內折形成之前誘導膜重組。在細胞上，內折獨立于被認為與膜變形能力有關的蛋白復合物（如clathrin和caveolin）而形成，并且還是在細胞能量耗盡時形成的。所以，膜內折依賴于物理原理，能夠自然地出現，而不需要復雜的細胞機器，但隨后的分離需要細胞因素的參與。
 
用STEM/EELS方法對原子進行二維觀測
 
微結構定性對于復合物材料的研究很重要。例如，半導體裝置由納米尺度的部件組成，它們的性能表現取決于原子尺度的微結構。雖然電子顯微鏡能夠分辨單個原子，但它不能區分它們的化學類型。將掃描透射電子顯微鏡（STEM）與電子能量損失光譜（EELS）結合起來，應能分析各列原子的化學組成，但實際存在的困難意味著完全的二維分析一直不可能進行。現在，這些問題中的其中一些已經被克服，STEM/EELS成像已被用來對層狀水錳礦中的鑭、錳和氧以二維圖像方式進行觀測。
 
地核—地幔之間物質混合的機制
 
曾經有人提出，地球的地核外層材料在地核形成之后回到地幔中去的過程，可能要對上層地幔巖石中所觀測到的元素比例負責，但這種情況發生的可能機制仍不清楚。Leslie Hayden和Bruce Watson報告了對喜鐵元素通過多晶MgO在顆粒邊界層的擴散所進行的一項研究工作的實驗結果。喜鐵元素在地核中極為豐富，因而是地核對地幔中這些元素所作貢獻的很好的指示器。他們發現，這些元素的擴散率非常高，按照地球的年齡來說，在具有地質意義的距離之上（如幾十公里），這種擴散率高到足以說明顆粒邊界層擴散是喜鐵元素沿地核—地幔邊界輸送中的一個潛在的重要機制。
 
p53的正常功能
 
轉錄因子p53作為一種腫瘤抑制因子已經受到廣泛研究，但人們對其正常生理作用卻知之甚少。現在，用小鼠所作的一項研究將p53的正常功能與繁殖和生育聯系了起來。p53缺乏導致雌性小鼠胚胎著床較差、受孕率較低和后代身材較小。p53是通過調控LIF來發揮這一功能的。LIF是一種細胞因子，參與囊胚的著床。這項工作讓我們看到這樣一個可能性：p53的正常功能對于著床的成功很重要，尤其是對經歷體外授精或胚胎轉移的婦女來說；同時這一結果也讓我們看到了提高習慣性著床失敗婦女的著床效率的一個潛在策略。
 
運動蛋白kinesin與微管的結合狀態
 
研究人員對普遍存在的運動蛋白kinesin已經進行了廣泛研究，但一個基本的機制問題仍然沒有得到回答：當kinesin在每8納米的步長之間等待時它是兩頭都與微管結合在一起的還是只有一頭與微管結合？現在，Mori等人研制出單分子熒光共振能量轉移傳感器（smFRET），用來在該運動蛋白沿微管運動時對其進行跟蹤。他們發現，在生理濃度的ATP中，kinesin是以一種雙頭結合狀態在兩個步長之間等待的，而在低濃度的ATP中，它主要以單頭結合狀態出現。
 
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