加州理工學(xué)院的化學(xué)家首次成功模擬了一個(gè)蛋白通道的生物學(xué)功能，即允許特定蛋白通過(guò)細(xì)胞膜的過(guò)程。以往原子級(jí)別的動(dòng)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(dòng)態(tài)模擬，詳細(xì)展示了Sec易位子的作用機(jī)制?；瘜W(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(shí)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(guò)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(guò)，它就會(huì)開(kāi)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(guò)易位子蛋白的命運(yùn)，科學(xué)家們意見(jiàn)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(gè)平衡態(tài)過(guò)程。也有研究認(rèn)為，蛋白插入通道的頻率很重要，動(dòng)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(dòng)力學(xué)影響是關(guān)鍵，”Miller說(shuō)，“而我們的研究顯示，這兩者都在起作用?！?/SPAN>

2010年和今年早些時(shí)候，Miller和Zhang就曾在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊PNAS等雜志上發(fā)表文章，描述了他們對(duì)Sec易位子的原子模擬。不過(guò)當(dāng)時(shí)他們模擬了該系統(tǒng)的所有原子，而且模擬時(shí)長(zhǎng)最多只能達(dá)到百萬(wàn)分之一秒。

而現(xiàn)在，研究者們?cè)谇捌谘芯康幕A(chǔ)上明確了易位子的關(guān)鍵組分，計(jì)算了蛋白通過(guò)時(shí)各組分所需的能量。由此，他們建立了只包括重要組分的簡(jiǎn)化模型，將模擬時(shí)長(zhǎng)增加到了一分鐘。研究人員反復(fù)運(yùn)行這一簡(jiǎn)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(zhǎng)度等等），并仔細(xì)分析了蛋白通過(guò)通道時(shí)的情況。

“研究顯示，平衡態(tài)和動(dòng)力學(xué)一同控制著這一過(guò)程，只不過(guò)我們只有在觀察全局時(shí)才能夠明確這一點(diǎn)”，Miller說(shuō)。研究人員還利用新模型進(jìn)行了長(zhǎng)蛋白的模擬，與短蛋白不同，長(zhǎng)蛋白很明顯受到上述兩種機(jī)制的影響。