Cell子刊:蛋白通道的轉(zhuǎn)運(yùn)新解
日期:2012-10-22 08:22:39
加州理工學(xué)院的化學(xué)家首次成功模擬了一個蛋白通道的生物學(xué)功能,即允許特定蛋白通過細(xì)胞膜的過程。以往原子級別的動態(tài)模擬一般只達(dá)到納秒水平,而他們成功進(jìn)行了一分鐘的原子動態(tài)模擬,詳細(xì)展示了Sec易位子的作用機(jī)制。化學(xué)助理教授Thomas Miller及其研究生Bin Zhang將這項(xiàng)成果發(fā)表在Cell旗下的Cell Reports雜志上。
Sec易位子是細(xì)胞膜中的通道,能夠識別并轉(zhuǎn)運(yùn)新合成的蛋白。細(xì)胞膜不允許包括水分子在內(nèi)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(jìn)行運(yùn)輸,從而到達(dá)正確位點(diǎn)執(zhí)行執(zhí)行蛋白功能。Sec易位子這樣的通道就相當(dāng)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(xì)胞外。
是什么決定了穿過易位子蛋白的命運(yùn),科學(xué)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(zhuǎn)運(yùn)是一個平衡態(tài)過程。也有研究認(rèn)為,蛋白插入通道的頻率很重要,動力學(xué)影響才是關(guān)鍵。
“有人認(rèn)同平衡機(jī)制,認(rèn)為蛋白序列是決定性的。也有人提出動力學(xué)影響是關(guān)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(xué)院院刊PNAS等雜志上發(fā)表文章,描述了他們對Sec易位子的原子模擬。不過當(dāng)時他們模擬了該系統(tǒng)的所有原子,而且模擬時長最多只能達(dá)到百萬分之一秒。
而現(xiàn)在,研究者們在前期研究的基礎(chǔ)上明確了易位子的關(guān)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(fù)運(yùn)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(xì)分析了蛋白通過通道時的情況。
“研究顯示,平衡態(tài)和動力學(xué)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(diǎn)”,Miller說。研究人員還利用新模型進(jìn)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(jī)制的影響。
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