采用計算方法揭示膜蛋白的變構轉運過程

近期，華南農業大學信息學院青年教師常珊博士的課題組在學術期刊Soft Matter雜志發表了研究論文。該論文報道了大腸桿菌巖藻糖（L-fucose）轉運蛋白（FucP）的構象變化和轉運過程的計算方法研究。

膜蛋白在各種重要的生物學過程中起著關鍵的作用，轉運蛋白是膜蛋白中重要的組成部分，大多數代謝上重要的分子和無機離子都通過細胞膜上的轉運蛋白進行輸運。實驗上通過結構解析可以得到轉運蛋白瞬態的靜態結構，但轉運過程往往伴隨著明顯的構象變化。傳統的方法是通過分子動力學來進行平衡態的模擬，由于體系巨大，模擬的時間尺度一般在數十納秒左右，而膜轉運蛋白的實際轉運過程尺度往往達到上百微秒量級（1微秒=1000納秒）。因此，對膜蛋白的變構轉運模擬仍然具有極大的挑戰性。

該項研究采用計算的方法模擬了同向共轉運蛋白FucP轉運變構過程。實驗僅解析了FucP的外開口結構，為了實現全過程模擬，作者首先采用結構模建的方法構建了內開口狀態的FucP。通過采用疊代的粗粒化網絡方法，計算模擬了膜蛋白FucP從外開口結構向內開口結構變化的過程。該項研究與之前分子動力學的平衡態分析結果一致，同時展示了分子動力學模擬難以達到的整個轉運的構象變化過程。這種粗粒化的計算模擬方法可以為膜蛋白的轉運機制研究提供幫助。

該研究工作得到國家自然科學基金委項目（11047183）、廣東高校青年創新人才培育項目（LYM10042）和華南農業大學校長基金項目（5600-k09325）資助。