巖藻糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白研究取得新進(jìn)展

　　9月27日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授顏寧領(lǐng)導(dǎo)的研究http://www.chemdrug.com/組與生命學(xué)院王佳偉博士、龔海鵬博士合作在《自然》在線發(fā)表論文http://www.chemdrug.com/databases/db_7_1.html，報(bào)道大腸桿菌巖藻糖L-fucose轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白FucP結(jié)構(gòu)與功能的研究http://www.chemdrug.com/。

　　FucP從屬于Major Facilitator Superfamily MFS超家族。MFS超家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是一類非常古老、在各個(gè)物種中都起著重要作用的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，目前已知一級(jí)序列的家族成員超過(guò)一萬(wàn)個(gè)，它們?cè)跔I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)菌抗藥性以及神經(jīng)http://www.chemdrug.com/brand/zs.asp?bigclassname=%E8%A5%BF%E8%8D%AF%E4%BA%A7%E5%93%81&smallclassname=%E7%A5%9E%E7%BB%8F%E5%86%85%E7%A7%91信號(hào)傳導(dǎo)等各種生理過(guò)程中起著重要作用。由于MFS轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的重要生理功能，它們的結(jié)構(gòu)與功能受到了廣泛的關(guān)注。然而迄今為止，這個(gè)家族中只有三個(gè)蛋白的結(jié)構(gòu)被報(bào)道，并且觀測(cè)到的僅有向胞內(nèi)開放與兩端封閉兩種構(gòu)象。一直以來(lái)，為了證明最基本的轉(zhuǎn)運(yùn)原理適用于MFS家族，本領(lǐng)域迫切希望獲得向胞外開放的MFS轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的構(gòu)象。

　　為理解MFS蛋白的工作機(jī)理，顏寧研究http://www.chemdrug.com/組選擇了糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的代表FucP作為研究對(duì)象，F(xiàn)ucP是一類依賴于質(zhì)子梯度的同向共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Proton Symporter，具有高度的底物特異性。清華大學(xué)兩位本科生黨尚宇、孫林峰同學(xué)從三年級(jí)暑假開始著手研究該蛋白的結(jié)構(gòu)與功能，經(jīng)過(guò)一年半的探索，終于在2009年秋獲得了FucP在3.1埃分辨率的晶體結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)顯示FucP處于向胞外開放的構(gòu)象，這是第一個(gè)MFS家族的此類結(jié)構(gòu)，原則上證明了MFS家族兩個(gè)構(gòu)象互變以轉(zhuǎn)運(yùn)底物的猜想。FucP分為N和C兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，轉(zhuǎn)運(yùn)通道一目了然。非常有意思的是，N domain朝向轉(zhuǎn)運(yùn)通道一側(cè)的表面電勢(shì)主要為負(fù)電性，而C domain的表面則主要為疏水性和正電性。得到蛋白結(jié)構(gòu)以后，在黃永鑒等同學(xué)的大力幫助下，他們又經(jīng)過(guò)近半年的生物化學(xué)研究，揭示了FucP在底物識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn)，以及質(zhì)子傳遞偶聯(lián)過(guò)程中起關(guān)鍵作用的殘基D46和E135。這些研究顯示，F(xiàn)ucP與LacY存在著不同的質(zhì)子傳遞機(jī)理，為理解MFS家族提供了一個(gè)新的重要研究系統(tǒng)。

　　膜蛋白的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究一直以來(lái)是結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)的重點(diǎn)及難點(diǎn)。1985年，第一個(gè)膜蛋白結(jié)構(gòu)問(wèn)世，當(dāng)時(shí)共計(jì)僅有不到200個(gè)生物大分子結(jié)構(gòu)。而時(shí)至今日，PDB收錄的近7萬(wàn)個(gè)生物大分子結(jié)構(gòu)中，膜蛋白結(jié)構(gòu)不到700個(gè)，其中新型的膜蛋白結(jié)構(gòu)又只有250多個(gè)Membrane Proteins of Known 3D Structure，足見膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的困難。清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)中心在過(guò)去兩年間相繼報(bào)道了3個(gè)新型膜蛋白的4個(gè)晶體結(jié)構(gòu)，由于其創(chuàng)新性和重要性，四篇學(xué)術(shù)論文http://www.chemdrug.com/databases/db_7_1.html全部發(fā)表于《自然》或《科學(xué)》，為我國(guó)的膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究作出了重要貢獻(xiàn)，其成果在國(guó)際結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域獲得了充分關(guān)注。

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