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第2019--3期 The Challenges in Human Biology and Medicine; Membrane Proteins: Medical Importance, Structures, Mechanisms;
发布时间:2020-01-07 点击率:

报告题目:The Challenges in Human Biology and Medicine;

人类生物学和医学的挑战;

Membrane Proteins: Medical Importance, Structures, Mechanisms;

膜蛋白:医学意义、结构、机制

报告人:Hartmut Michel(哈特穆特米歇尔)教授

1988年诺贝尔化学奖得主

德国国家科学院院士

英国国家科学院院士

中国科学院外籍院士

时间:202017日上午(星期二)10:00

地点:新化学楼823学术报告厅

Hartmut Michel

Hartmut Michel(哈特穆特米歇尔)教授,生于 1948 7 18 日,德国生物化学家,曾获得 1988 年诺贝尔化学奖。目前,他担任德国法兰克福马克斯普朗克(Max Planck)生物物理研究所分子膜生物学系主任以及德国法兰德福大学(即歌德大学)兼职教授。此外,他还是德国维尔茨堡大学和博洛尼亚大学的名誉博士。1988 年与 Robert Huber JohannDeisenhofer 共同获得诺贝尔化学奖,其成果是通过膜蛋白的结晶和从紫色细菌红色假单胞菌阐明光合反应中心的三维结构。光合作用是世界上最重要的化学反应。Hartmut MichelRobert Huber Johann Deisenhofer 三位教授的研究实现了重大突破,有助于理解光合作用中的光反应。

除了在光合作用中心的工作之外,哈特穆特•米歇尔是第一个观察膜蛋白细菌视紫红质中的三维晶体的人。1981 年,他成为第一个结晶膜复合体,光合反应系统的科学家,从而使其能够进行 X 射线结构分析。1982 年至 1985 年,三位科学家使用 X 射线晶体学以确定组成蛋白质复合物的超过 10,000 个原子的确切排列。他们的研究增加了对光合作用机制的一般理解,揭示了植物与细菌光合作用过程之间的相似性,并建立了结晶膜蛋白的方法学。他的开拓性工作已经在医学等各个领域得到应用。

I教育经历

1979 年,获得德国维尔兹堡大学 X 射线晶体学博士后;

1977 年,获得德国维尔兹堡大学生物化学专业博士学位;

1974 年,获得德国图宾根大学生物化学系学士学位;

II职位成就

1989 年至今,担任德国法兰德福大学(即歌德大学)兼职教授;

1987 年至今,担任德国马克思普朗克生物化学研究所主任;

1986 年至今,担任德国马克斯普朗克生物物理研究所分子膜生物学系主任;

2004年至2010年,担任德国科学理事会成员;

1993年至1995年,担任德国生物化学与分子生物学学会会长;

19791987 年,担任德国马克斯普朗克生物化学研究所研究助理和组长;

1986 年,担任德国慕尼黑大学教授;

19791987 年,担任德国马克思普朗克生物化学研究所研究员;

III 荣誉奖项

获选为柏林-勃兰登堡科学院院士;

2000年,获选为中国科学院外籍院士;

获选为欧洲分子生物学组织成员;

获选为德国国家科学院院士;

获选为德国化学学会会长;

获选为马克斯普朗克科学促进学会成员;

获选为美国国家科学院外籍院士;

2008 年,获英国生化学会基林(Keilin)奖章;

2005 年,获选英国皇家学会外籍院士(ForMemRS);

1995 年,当选荷兰皇家艺术与科学学院外籍院士;

1988 年,获诺贝尔化学奖(与 Johann Deisenhofer Robert Huber 合作);

1988 年,获奥托-拜耳奖(与 Johann Deisenhofer 合作);

1986 年,获德国联合研究会戈特弗里德·威廉·莱布尼茨奖(德国研究界最高荣誉);

1986 年,获 ACS 生物物理奖;

1986 年,获 Klung Wilhelmy 科学奖;

IV研究领域

生物化学

Hartmut Michel 1969 年进入德国图宾根大学研究生物化学,1974年毕业,在马克斯普朗克学会和维尔茨堡大学的 Dieter Oesterhelt 实验室任职,并于 1977 年获得博士学位。在探索生产轻驱动氨基酸酸吸收的过程中,米歇尔发现,当冷冻保存时,脱脂的细菌视紫红质样品产生固体,玻璃状聚集体。因此,他确信应该有可能使膜蛋白结晶,这在当时被认为是不可能的。在Oesterhelt 的帮助下,米歇尔很快产生了一种细菌视紫红质的二维膜晶体,他还在英国剑桥的医学研究委员会工作了四个月,进行 X 射线实验和改进结晶方法。回到慕尼黑,Michel 1981 年结晶了几种其他的膜蛋白,主要是光合作用的蛋白质,在紫色细菌红色假单胞菌(Rhodopseudomonas viridis)的反应中心获得了他的第一个成功。次年 Michel JohannHansDeisenhofer 加入了反应中心项目。1987 年,米歇尔成为德国法兰克福马克斯普朗克(Max Planck)生物物理研究所的部门负责人和主管。他已经获得了多个奖项,其中有几个与 Deisenhofer Huber 合作。

生命中最基本的过程之一就是光合作用,它利用阳光中的能量使碳水化合物脱离水和二氧化碳。Hartmut Michel 研究了一种像绿色植物一样进行光合作用的细菌。能量转换通过电子传输通过附着在细胞中特殊膜上的许多蛋白质来进行。1982 年,Hartmut Michel 成功地结晶了这些类型的蛋白质。第二年,他和约翰·德森霍夫(Johann Deisenhofer)和罗伯特·胡伯(Robert Huber)一起确定了光合作用中心的结构。Hartmut Michel 首次在维尔茨堡大学担任研究助理时,首次在膜蛋白bacteriorhodopsin 中观察到了三维晶体。年轻的研究人员反对普遍的科学观点,认为有可能结晶这种膜蛋白。他在 1981 年的成功证明了米歇尔是正确的:他是第一个成功结晶膜复合体,即光合反应体系,从而使其可用于 X 射线结构分析的人。与 Johann Deisenhofer Robert Huber 一起,他随后对这种膜蛋白复合物进行了详细的结构分析。Hartmut Michel 所在的研究室主要研究生物膜的基本特征和膜蛋白的功能:膜围绕着生物细胞,将高等生物细胞分成不同的隔室。生物膜由形成双层的脂质和结合到脂质双层中的膜蛋白组成。脂质双层对离子和极性物质是不可渗透的。作为这种性质的结果,离子电势和电压(“膜电势”)可以跨膜形成。所选物质穿过膜的特定通道或运输需要膜蛋白。因此使传递和运输成为膜蛋白最重要的功能之一。细胞必须沟通,接收信号并感知其环境。许多膜蛋白质是传感器和受体,信号通常在膜的外表面被接收并穿过膜转导。膜蛋白是生物能转化的中心组分。在光合作用和细胞呼吸中,电子和质子穿过膜的运输是能量转换的主要步骤。所产生的膜电位和离子梯度可用于驱动腺苷 5'-三磷酸(ATP)的合成,营养素的摄取,废物和蛋白质的输出。最后,一些膜蛋白是酶,特别是当底物和/或产物是疏水性时。

附一:诺贝尔化学奖

诺诺贝尔化学奖是以瑞典著名化学家、硝化甘油炸药发明人阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔(1833-1896)的部分遗产作为基金创立的5项奖金之一。诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金支票。2018103日,2018年诺贝尔奖诺贝尔化学奖揭晓,弗朗西斯·阿诺德、乔治·史密斯和格雷戈里·温特尔共同获奖,以表彰他们在酶的定向演化以及用于多肽和抗体的噬菌体展示技术方面取得的成果。

18961210日,诺贝尔在意大利逝世。逝世的前一年,他留下了遗嘱。在遗嘱中他提出,将部分遗产(920万美元)作为基金,以其利息分设物理、化学、生理或医学、文学及和平5种奖金,授予世界各国在这些领域对人类做出重大贡献的学者。据此,19006月瑞典政府批准设置了诺贝尔基金会,并于次年诺贝尔逝世5周年纪念日,即19011210日首次颁发诺贝尔奖。自此以后,除因战时中断外,每年的这一天分别在瑞典首都斯德哥尔摩和挪威首都奥斯陆举行隆重授奖仪式。1968年瑞典中央银行于建行300周年之际,提供资金增设诺贝尔经济奖(全称为“瑞典中央银行纪念阿尔弗雷德·伯纳德·诺贝尔经济科学奖金”,亦称“纪念诺贝尔经济学奖”),并于1969年开始与其他5项奖同时颁发。诺贝尔经济学奖的评选原则是授予在经济科学研究领域做出有重大价值贡献的人,并优先奖励那些早期做出重大贡献者。1990年诺贝尔的一位重侄孙克劳斯·诺贝尔又提出增设诺贝尔地球奖,授予杰出的环境成就获得者。该奖于199165日世界环境日之际首次颁发。

附二:院校机构介绍

艾伯哈特-卡尔斯-图宾根大学 (Eberhard Karls Universität Tübingen),简称图宾根大学。建校于公元 1477 年,图宾根大学至今已有超过 500 年的历史,是欧洲最古老的大学之一,它坐落在德国巴登-符腾堡州图宾根。作为一所世界顶尖大学,图宾根大学培养了培养了 9 位诺贝尔奖得主(其中获得学位的毕业生有 6 人),德国著名哲学家黑格尔、诗人荷尔德林、天文学家开普勒、作家黑塞、前德意志联邦总统霍斯特·克勒等都毕业于图宾根大学,其在人文科学、自然科学以及医学等领域取得的成就蜚声世界。图宾根大学凭借卓越的研究实力和科研能力,以“研究-相关-责任的未来战略入选十一所德国精英大学之一,图宾根大学也是德国 U15 大学联盟成员之一。为促进高校间的科研与教学,德国图宾根大学与其他六个国家的高校组成七校昂宿星大学联盟2016 年泰晤士报高等教育(THE)世界大学排名中,图宾根大学位于德国第 6,世界第 782017 年泰晤士报高等教育(THE)世界大学排名中,图宾根大学位于德国第 8,世界第 89

2马克斯-普朗克研究所

马克斯·普朗克学会(Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.),简称 MPG,全名为马克斯·普朗克科学促进学会,是德国的一个大型科研学术组织,也是国际上规模最大、威望最高和成效最大的由政府资助的自治科学组织。它的前身是 1911 年成立的威廉皇家学会。1948 9 月,学会以著名物理学家、诺贝尔奖获得者德国人马克斯·普朗克的名字命名,总部设在慕尼黑。马·普学会以罗马神话的智慧女神弥涅尔瓦(Minerva)的头像为徽标,显示了对于知识和自由的崇敬。截至 2014 年,马·普学会至少走出了 33 位诺贝尔奖得主。马普学会共有 83 个研究所,12000 名雇员,9000 名客座科学家、博士后与学生,其研究涉及物理、工程技术、生物医学、基础科学等众多研究领域,一直致力于国际前沿与尖端的基础性研究工作。马普学会的各个附属研究所被视作基础研究领域的杰出中心,在国内外享有盛誉。经过长年的历史洗涤,马普学会坚信基础科学研究指引着人类未来的方向,并以宽容、自由、和谐的理念支撑起一个又一个领先世界的研究成果,使其一直保持着世界顶尖研究机构的美誉。马克斯普朗克生物物理研究所起源于 1921 年的医学物理研究所。从一开始到六十年代,研究所的科学家主要关注电离辐射的生物学和医学影响。1948 2 月,随着马克斯·普兰克学会的第一个电子显微镜的一个科学的进步,该研究所被重新设立为马克斯·普朗克生物物理研究所(Max Planck Institute of Biophysics)。60 年代和 70 年代,研究所的研究重点转向了通过生物膜和人造膜的溶质运输研究。细胞生理学的新领域,特别是细胞膜及其蛋白质的功能特性。该研究所成为膜研究的世界吸引力的地方。在 2003 4 月,马克斯·普朗克生物物理研究所搬到了歌德大学 Riedberg 校区的新大楼。这一举措加强了科研团体之间的科学互动,并加强了与隔壁大学生物学,化学和物理实验室研究人员的联系。理解生命的基本过程的基本前提是参与大分子结构的知识。马克斯·普朗克生物物理研究所的四个部门中,有两个部门致力于确定膜蛋白结构这个挑战性任务。分子膜生物学系主要通过 X 射线晶体学来解决这个问题,而结构生物学系使用电子显微镜的互补技术。生物物理化学部通过电生理学和光谱学方法研究这些蛋白质在天然或复原膜中的功能。

附三:学术著作

1. Ligand-induced conformational dynamics of the Escherichia coli Na+/H+ antiporter NhaArevealed by hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry. Eisinger ML, Dörrbaum AR, Michel H, Padan E, Langer JD. Proc Natl Acad Sci U SA. 2017 Oct 31;114(44):11691-11696.

2. Pseudomonas stutzeri as an alternative host for membrane proteins. Sommer M, Xie H, Michel H. Microb Cell Fact. 2017 Sep 20;16(1):157.

3. Subunit CcoQ is involved in the assembly of the Cbb3-type cytochrome c oxidases from Pseudomonas stutzeri ZoBell but not required for their activity. Kohlstaedt M, Buschmann S, Langer JD, Xie H, Michel H. Biochim Biophys Acta. 2017 Mar;1858(3):231-238.

 

4. The unusual redox properties of C-type oxidases. Melin F, Xie H, Meyer T,Ahn YO, Gennis RB, Michel H, Hellwig P. Biochim Biophys Acta. 2016 Dec;1857(12):1892-1899.5.

5. Identification of the High-affinity Substrate-binding Site of the Multidrug and Toxic Compound Extrusion (MATE) Family Transporter from Pseudomonas stutzeri. Nie L, Grell E, Malviya VN, Xie H, Wang J, Michel H. J Biol Chem. 2016 Jul 22;291(30):15503-14..

6. Structure of a bd oxidase indicates similar mechanisms for membrane-integrated

oxygen reductases. Safarian S, Rajendran C, Müller H, Preu J, Langer JD, Ovchinnikov S, Hirose T, Kusumoto T, Sakamoto J, Michel H. Science. 2016Apr 29;352(6285):583-6.

7. Cell-free synthesis of isotopically labelled peptide ligands for the functional characterization of G protein-coupled receptors. Joedicke L, Trenker R, Langer JD, Michel H, Preu J. FEBS Open Bio. 2015 Dec 29;6(1):90-102.

8. Identification and Characterization of the Novel Subunit CcoM in the cbb3Cytochrome c Oxidase from Pseudomonas stutzeri ZoBell. Kohlstaedt M, Buschmann S, Xie H, Resemann A, Warkentin E, Langer JD, Michel H. MBio. 2016 Jan 26;7(1):e01921-15

9. Functional characterization of solute carrier (SLC) 26/sulfate permease (SulP) proteins in membrane mimetic systems. Srinivasan L, Baars TL, Fendler K, Michel H.

Biochim Biophys Acta. 2016Apr;1858(4):698-705.

10. Development of a Thermofluor assay for stability determination of membrane proteins using the Na(+)/H(+) antiporter NhaAand cytochrome c oxidase. Kohlstaedt M, von der Hocht I, Hilbers F, Thielmann Y, Michel H. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2015 May;71(Pt 5):1112-22..