來自清華大學(xué)生科院的施一公教授近期發(fā)表了題為“Common folds and transport mechanisms of secondary active transporters”的綜述文章，聚焦于繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)作用元件的常見折疊，以及共有的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。通過一些結(jié)構(gòu)信息，分析新發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，生化和計(jì)算模擬證據(jù)相關(guān)的作用機(jī)制。論文發(fā)表在《生物物理年度評論》（Annual Review of Biophysics）上。

 

早年畢業(yè)于清華大學(xué)的施一公教授自回國之后就引起了各方關(guān)注，雖然經(jīng)歷了不少輿論爭議，但他在學(xué)術(shù)上依然走出了自己的一條道路，回國后這5年里，施一公在Nature等*期刊上發(fā)表了12篇論文，高水平成果產(chǎn)出的頻率，比他在國外時(shí)還要高。同時(shí)他也搭建起了以清華大學(xué)為中心的人才引入橋梁。

 

繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)（Secondary active transport）也稱聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)Cotransport，是指某種物質(zhì)能夠逆濃度差進(jìn)行跨膜運(yùn)輸，但是其能量不是來自于ATP分解，而是由主動轉(zhuǎn)運(yùn)其他物質(zhì)時(shí)造成的高勢能提供的轉(zhuǎn)運(yùn)方式。繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)活動形成的勢能貯備，還可用來完成一些其他物質(zhì)的逆濃度差的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，如小腸上皮和腎小管上皮細(xì)胞對葡萄糖、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收現(xiàn)象。

 

目前研究發(fā)現(xiàn)的具有不同功能的轉(zhuǎn)運(yùn)子通常序列并不相似，但是一些科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些作用因子卻存在相似的折疊，例如MFS，LeuT，NhaA的折疊。

 

研究人員分析了同一轉(zhuǎn)運(yùn)家族的多個(gè)構(gòu)象狀態(tài)，如LeuT超家族成員MHP1，ADIC，vSGLT，LeuT，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化與底物結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)之間存在密切關(guān)聯(lián)。盡管近期取得了不少生物化學(xué)與結(jié)構(gòu)學(xué)上的成果，但對于這些底物識別，能量耦合，科學(xué)家們了解的還并不多。就此這一綜述就主要聚焦于繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)作用元件的常見折疊，以及共有的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。通過一些結(jié)構(gòu)信息，分析新發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，生化和計(jì)算模擬證據(jù)相關(guān)的作用機(jī)制。

 

此前施一公教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)通過X-射線晶體衍射的方法曾解析了能量耦合因子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的三維結(jié)構(gòu)。通過分析該蛋白結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn)膜蛋白EcfS與細(xì)胞膜基本處于平行狀態(tài)，而一般膜蛋白基本是垂直于細(xì)胞膜。根據(jù)這個(gè)極其特殊的構(gòu)象，研究人員認(rèn)為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白EcfS通過在膜內(nèi)翻轉(zhuǎn)來攝入底物。當(dāng)處于垂直細(xì)胞膜的狀態(tài)時(shí)，EcfS可以與底物結(jié)合，然后翻轉(zhuǎn)進(jìn)入平行狀態(tài)并釋放底物，之后返回垂直狀態(tài)進(jìn)行下一輪循環(huán)，類似于酒杯在豎直狀態(tài)下接水，然后翻轉(zhuǎn)倒出杯內(nèi)的水。在該過程中，親水蛋白EcfA和EcfA’水解ATP并耦合膜蛋白EcfT為EcfS的翻轉(zhuǎn)提供能量。這一轉(zhuǎn)運(yùn)模式有別于目前對于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通用的“alternating access”模型，是一種嶄新的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白工作模型。

  

這是施一公教授研究團(tuán)隊(duì)繼2010年在世界上解析并報(bào)道膜蛋白EcfS的晶體結(jié)構(gòu)之后，在研究能量耦合因子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白方面的又一次重大突破。