采用計(jì)算方法揭示膜蛋白的變構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)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(bào)道了大腸桿菌巖藻糖（L-fucose）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（FucP）的構(gòu)象變化和轉(zhuǎn)運(yùn)過程的計(jì)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(yùn)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(jī)離子都通過細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行輸運(yùn)。實(shí)驗(yàn)上通過結(jié)構(gòu)解析可以得到轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白瞬態(tài)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，但轉(zhuǎn)運(yùn)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(jìn)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(yùn)蛋白的實(shí)際轉(zhuǎn)運(yùn)過程尺度往往達(dá)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(yùn)模擬仍然具有極大的挑戰(zhàn)性。

該項(xiàng)研究采用計(jì)算的方法模擬了同向共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白FucP轉(zhuǎn)運(yùn)變構(gòu)過程。實(shí)驗(yàn)僅解析了FucP的外開口結(jié)構(gòu)，為了實(shí)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。通過采用疊代的粗粒化網(wǎng)絡(luò)方法，計(jì)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(xiàng)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(dá)到的整個轉(zhuǎn)運(yùn)的構(gòu)象變化過程。這種粗粒化的計(jì)算模擬方法可以為膜蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)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(xiàng)目（11047183）、廣東高校青年創(chuàng)新人才培育項(xiàng)目（LYM10042）和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校長基金項(xiàng)目（5600-k09325）資助。