Cell子刊：蛋白通道的轉運新解
日期：2012-10-22 08:22:39
加州理工學院的化學家首次成功模擬了一個蛋白通道的生物學功能，即允許特定蛋白通過細胞膜的過程。以往原子級別的動態模擬一般只達到納秒水平，而他們成功進行了一分鐘的原子動態模擬，詳細展示了Sec易位子的作用機制。化學助理教授Thomas Miller及其研究生Bin Zhang將這項成果發表在Cell旗下的Cell Reports雜志上。
Sec易位子是細胞膜中的通道，能夠識別并轉運新合成的蛋白。細胞膜不允許包括水分子在內的任何分子隨意出入，因此核糖體合成的蛋白需要通過蛋白通道進行運輸，從而到達正確位點執行執行蛋白功能。Sec易位子這樣的通道就相當于看門人，一旦Sec易位子決定蛋白可以通過，它就會開啟，允許蛋白整合到膜上或者分泌到細胞外。
是什么決定了穿過易位子蛋白的命運，科學家們意見不一。有研究顯示，蛋白氨基酸序列與水的親和力是決定性的，蛋白轉運是一個平衡態過程。也有研究認為，蛋白插入通道的頻率很重要，動力學影響才是關鍵。
“有人認同平衡機制，認為蛋白序列是決定性的。也有人提出動力學影響是關鍵，”Miller說，“而我們的研究顯示，這兩者都在起作用。”
2010年和今年早些時候，Miller和Zhang就曾在美國國家科學院院刊PNAS等雜志上發表文章，描述了他們對Sec易位子的原子模擬。不過當時他們模擬了該系統的所有原子，而且模擬時長最多只能達到百萬分之一秒。
而現在，研究者們在前期研究的基礎上明確了易位子的關鍵組分，計算了蛋白通過時各組分所需的能量。由此，他們建立了只包括重要組分的簡化模型，將模擬時長增加到了一分鐘。研究人員反復運行這一簡化模型，逐步更改其中的變量（包括蛋白氨基酸序列、所帶電荷、插入易位子的頻率、尾部長度等等），并仔細分析了蛋白通過通道時的情況。
“研究顯示，平衡態和動力學一同控制著這一過程，只不過我們只有在觀察全局時才能夠明確這一點”，Miller說。研究人員還利用新模型進行了長蛋白的模擬，與短蛋白不同，長蛋白很明顯受到上述兩種機制的影響。
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