三磷酸腺苷（ATP）是所有活細胞的主要“能量貨幣”。代謝受損的專(zhuān)性細胞內寄生體，例如人類(lèi)病原體沙眼衣原體和普氏立克次體，能夠通過(guò)一種獨特的 ATP/ADP 轉運蛋白從宿主細胞中獲取 ATP，該轉運蛋白介導 ATP 進(jìn)入寄生細胞，同時(shí)將 ADP 和磷酸鹽運出，從而“竊取”并利用宿主細胞的能量?jì)?，這一過(guò)程也稱(chēng)為能量寄生。
這種類(lèi)型的 ATP/ADP 轉運蛋白也存在于原生生物的專(zhuān)性胞內內共生體以及植物和藻類(lèi)的質(zhì)體（例如葉綠體）中，并在內共生中發(fā)揮重要作用。內共生假說(shuō)認為，真核生物中的葉綠體、線(xiàn)粒體等細胞器源于被其吞噬的藍細菌。質(zhì)體/寄生體的 ATP/ADP 轉運蛋白在系統發(fā)育和功能上與線(xiàn)粒體的 ATP/ADP 轉運蛋白不同，其結構和轉運機制尚不清楚。
2025年3月12日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心范敏銳團隊與西湖大學(xué)吳旭冬團隊、復旦大學(xué)張金儒團隊及浙江大學(xué)蘇楠楠團隊合作，在 Nature 期刊發(fā)表了題為：Structure and mechanism of the plastid/parasite ATP/ADP translocator 的研究論文。
該研究解析了葉綠體和衣原體 ATP/ADP 轉運蛋白 NTT 的高分辨率冷凍電鏡結構，深化了對于葉綠體內共生過(guò)程中跨膜能量傳遞的分子機制的理解。
在這項最新研究中，研究團隊報告了兩種質(zhì)體/寄生體 ATP/ADP 轉運蛋白（分別來(lái)自葉綠體和衣原體）在無(wú)底物和結合底物狀態(tài)下的冷凍電鏡結構。
ATP/ADP 結合口袋位于轉運蛋白 N 端結構域和 C 端結構域的交界處，口袋內一個(gè)保守的天冬酰胺殘基對底物特異性至關(guān)重要。轉運蛋白通過(guò)一種搖臂開(kāi)關(guān)式（rocker-switch）的交替訪(fǎng)問(wèn)機制發(fā)揮作用，該機制涉及兩個(gè)結構域作為剛體的相對旋轉。
質(zhì)體/寄生體 ATP/ADP 轉運蛋白介導的跨膜ATP/ADP轉運過(guò)程
該研究不僅揭示了葉綠體和衣原體 ATP/ADP 轉運蛋白識別和跨膜轉運底物的分子機理，加深了對于葉綠體內共生過(guò)程中跨膜能量傳遞機制的理解，也為改造該蛋白用于改良作物提高產(chǎn)量以及設計抑制劑治療專(zhuān)性細胞內病原體引起的疾病提供了重要思路。
中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心副研究員林華建、西湖大學(xué)博士生黃堅、中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心科研助理李天明和博士后李文娟為論文共同第一作者。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng )新中心范敏銳研究員、西湖大學(xué)吳旭冬研究員、復旦大學(xué)張金儒研究員及浙江大學(xué)蘇楠楠研究員為論文共同通訊作者。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08743-3
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