科学研究 - 鳄鱼为什么能长时间潜水？横滨市立大学、大阪大学等解明鳄鱼特有的异位控制机制

横滨市立大学研究生院生命医科学研究科的高桥捷也（博士生）、Jeremy R.H.Tame教授、西泽知宏教授、李勇灿助教等组成的研究团队，与丹麦奥胡斯大学、美国内布拉斯加大学以及大阪大学蛋白质研究所的栗栖源嗣教授、川本晃大助教等合作发表研究成果称，通过冷冻电镜单粒子解析，明确了鳄鱼血红蛋白的立体构造以及使得鳄鱼能够长时间潜水的特有的异位控制相关的碳酸氢根离子与鳄鱼血红蛋白的结合方式。这一发现将有助于理解血红蛋白等普遍分子的生物进化机制。相关研究成果于8月2日发表在国际学术期刊《Nature Communications》上。

大分县别府市鳄鱼园中的鳄鱼（摄影：客观日本编辑部）

血红蛋白是一种在血液中负责运输氧的蛋白质，在所有生物体中都发挥着共通的功能。血红蛋白中的两个α亚基和两个β亚基分别结合形成四聚体结构，每个亚基都含有一个被称为血红素的红色铁离子复合物，能够与一个氧分子结合。氧与血红素结合后，血红蛋白四聚体就呈R（Relaxed）型“开放”结构；氧与血红素脱离后，血红蛋白四聚体就转换为T（Tense）型“闭合”结构。

在大多数脊椎动物中，这种结构变化是在有机磷酸的作用下通过异位来控制的。异位控制是指，血红蛋白四聚体的一个亚基与氧结合后，会将结构变化连锁性地传递给四聚体的其他亚基，从而提高对氧的亲和性，通过这种机制血红蛋白与氧的结合和解离过程协调发生。

40多年前科学家们就已发现，只有鳄鱼能够不受有机磷酸的作用，而是受到碳酸氢根离子作用的影响。这种碳酸氢根离子的作用使得鳄鱼能够长时间潜水，但由于无法获得高质量的晶体，所以用X射线晶体结构分析来解析碳酸氢根离子的作用机理一直是件困难的事情。

为此，本次研究通过冷冻电镜单粒子解析方法来明确鳄鱼血红蛋白的结构。研究结果成功揭示了氧结合态、一氧化碳结合态和氧解离状态（脱氧态）三种状态下的鳄鱼血红蛋白立体结构。