最新的一篇JBC研究论文详细描述了细胞生长的基本元素锌通过特异性锌摄入蛋白进入细胞的机制。该研究工作是由美国能源部（DOE）布克海文国家实验室完成，研究人员第一次纯化了锌摄入蛋白质，并研究了它在锌摄取中的作用机制。
锌是生物体内非常重要的一种基本元素，可在细胞水平上影响细胞生长，进而影响生物体的健康、生长和繁殖。虽然目前已确定有六种蛋白质在锌通过细胞膜的过程中发挥载体或通道的作用，然而科学家们仅发现了一类金属特异性蛋白质家族对细胞锌摄取起促进作用。由于这类蛋白质与锌调控蛋白和离子转运蛋白非常相似，科学家们将其命名为ZIP蛋白。然而一直以来科学家们对于ZIP蛋白促进锌摄取的确切机制却不是很清楚。
长期以来科学家们推测ZIP蛋白就像电梯一样输送锌通过细胞膜进入到细胞内。然而研究伊始布克海文国家实验室的研究人员却并未找到支持这一推论的证据。
“这是一个非常让人感到惊喜的结果。在过去的15年中，科学家们一直推测ZIP蛋白就像水泵或电梯一样发挥。然而我们的研究发现ZIP蛋白更像是一道门，”研究的负责人生物学家Dax Fu说。
Fu和同事们对由纽约膜蛋白结构联盟提供从支气管败血性氏杆菌中衍生获得的一种ZIP蛋白展开了研究。研究人员首先在大肠杆菌中表达这种蛋白，然后对表达蛋白进行了纯化和浓缩。利用重组纯化的ZIP蛋白科学家们确定了其在细胞锌摄取中的作用机制。
“长期以来这类蛋白的纯化一直是摆在研究人员面前的难题。这是我们第一次成功地获得ZIP家族成员纯化蛋白，从而为研究人员开启了在分子水平上对蛋白质进行详细的结构和功能分析的大门，”Fu说。
布克海文国家实验室的Wei Lin利用荧光指示剂进行了几项相关测试确定了锌摄入的特征，并同时检测了锌浓度、温度、酸度及电荷的改变。随后研究人员找到了电扩散的证据。电扩散是指离子从高浓度的区域扩散到较低浓度的区域的过程。在电扩散中，扩散的离子亦能改变它们所占据的空间电荷。在锌离子摄取过程中锌离子进入细胞导致电荷失衡，对抗浓度梯度最终终止锌摄取。
基于对相似的金属特异蛋白的研究结果，Fu和同事们推测ZIP蛋白通过提供一种特异性锌配位化学通路的方式促进了锌离子扩散。在接下来的试验中研究人员计划获取ZIP蛋白结晶并在原子水平上对其进行检测以验证他们的推论。
“我们的好奇心一直在驱动着我们最终揭示它的作用机制，”Fu说。（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐英文摘要：
JBC doi: 10.1074/jbc.M110.180620
Selective electrodiffusion of zinc ions in a Zrt-, Irt-like protein, ZIPB
Wei Lin1, Jin Chai1, James Love2 and Dax Fu1,*
1 Brookhaven National Lab, United States;
2 New York Structure Biology Center, United States
All living cells need zinc ions to support cell growth. Zrt-, Irt-like Proteins (ZIPs) represent a major route for entry of zinc ions into cells, but how ZIPs promote zinc uptake has been unclear. Here we report the molecular characterization of ZIPB from Bordetella bronchiseptica, the first ZIP homolog to be purified and functionally reconstituted into proteoliposomes. Zinc flux through ZIPB was found to be nonsaturable and electrogenic, yielding membrane potentials as predicted by the Nernst equation. Conversely, membrane potentials drove zinc fluxes with a linear voltage-flux relationship. Direct measurements of metal uptake by inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS) demonstrated that ZIPB is selective for two group-12 transition metal ions, Zn2+ and Cd2+, while rejecting transition metal ions in groups 7 through 11. Our results provide the molecular basis for cellular zinc acquisition by a zinc-selective channel that exploits in vivo zinc concentration gradients to move zinc ions into the cytoplasm.
