近期，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院青年教師常珊博士的課題組在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Soft Matter雜志發(fā)表了研究論文。該論文報(bào)道了大腸桿菌巖藻糖(L-fucose)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(FucP)的構(gòu)象變化和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程的計(jì)算方法研究。
膜蛋白在各種重要的生物學(xué)過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是膜蛋白中重要的組成部分，大多數(shù)代謝上重要的分子和無(wú)機(jī)離子都通過(guò)細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行輸運(yùn)。實(shí)驗(yàn)上通過(guò)結(jié)構(gòu)解析可以得到轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白瞬態(tài)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，但轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程往往伴隨著明顯的構(gòu)象變化。傳統(tǒng)的方法是通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)來(lái)進(jìn)行平衡態(tài)的模擬，由于體系巨大，模擬的時(shí)間尺度一般在數(shù)十納秒左右，而膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的實(shí)際轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程尺度往往達(dá)到上百微秒量級(jí)（1微秒=1000納秒）。因此，對(duì)膜蛋白的變構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)模擬仍然具有極大的挑戰(zhàn)性。
該項(xiàng)研究采用計(jì)算的方法模擬了同向共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白FucP轉(zhuǎn)運(yùn)變構(gòu)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)僅解析了FucP的外開(kāi)口結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)全過(guò)程模擬，作者首先采用結(jié)構(gòu)模建的方法構(gòu)建了內(nèi)開(kāi)口狀態(tài)的FucP。通過(guò)采用疊代的粗粒化網(wǎng)絡(luò)方法，計(jì)算模擬了膜蛋白FucP從外開(kāi)口結(jié)構(gòu)向內(nèi)開(kāi)口結(jié)構(gòu)變化的過(guò)程。該項(xiàng)研究與之前分子動(dòng)力學(xué)的平衡態(tài)分析結(jié)果一致，同時(shí)展示了分子動(dòng)力學(xué)模擬難以達(dá)到的整個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)的構(gòu)象變化過(guò)程。這種粗粒化的計(jì)算模擬方法可以為膜蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制研究提供幫助。
該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目(11047183)、廣東高校優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才培育項(xiàng)目(LYM10042)和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)基金項(xiàng)目(5600-k09325)資助。 |
