采用計算方法揭示膜蛋白的變構(gòu)轉(zhuǎn)運過程

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學(xué)術(shù)期刊Soft Matter雜志發(fā)表了研究論文。該論文報道了大腸桿菌巖藻糖（L-fucose）轉(zhuǎn)運蛋白（FucP）的構(gòu)象變化和轉(zhuǎn)運過程的計算方法研究。

膜蛋白在各種重要的生物學(xué)過程中起著關(guān)鍵的作用，轉(zhuǎn)運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機離子都通過細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進行輸運。實驗上通過結(jié)構(gòu)解析可以得到轉(zhuǎn)運蛋白瞬態(tài)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，但轉(zhuǎn)運過程往往伴隨著明顯的構(gòu)象變化。傳統(tǒng)的方法是通過分子動力學(xué)來進行平衡態(tài)的模擬，由于體系巨大，模擬的時間尺度一般在數(shù)十納秒左右，而膜轉(zhuǎn)運蛋白的實際轉(zhuǎn)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(gòu)轉(zhuǎn)運模擬仍然具有極大的挑戰(zhàn)性。

該項研究采用計算的方法模擬了同向共轉(zhuǎn)運蛋白FucP轉(zhuǎn)運變構(gòu)過程。實驗僅解析了FucP的外開口結(jié)構(gòu)，為了實現(xiàn)全過程模擬，作者首先采用結(jié)構(gòu)模建的方法構(gòu)建了內(nèi)開口狀態(tài)的FucP。通過采用疊代的粗?；W(wǎng)絡(luò)方法，計算模擬了膜蛋白FucP從外開口結(jié)構(gòu)向內(nèi)開口結(jié)構(gòu)變化的過程。該項研究與之前分子動力學(xué)的平衡態(tài)分析結(jié)果一致，同時展示了分子動力學(xué)模擬難以達到的整個轉(zhuǎn)運的構(gòu)象變化過程。這種粗?；挠嬎隳M方法可以為膜蛋白的轉(zhuǎn)運機制研究提供幫助。

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