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膜蛋白如何变形导出底物

导读蛋白质作为分子机器在细胞中执行许多任务。到目前为止,理解其功能的基本机制依赖于对其三维结构的分析。但仅凭这一点还不够,LMU物理与合

蛋白质作为分子机器在细胞中执行许多任务。到目前为止,理解其功能的基本机制依赖于对其三维结构的分析。“但仅凭这一点还不够,”LMU物理与合成生物学教授Thorben Cordes说。

“我们还需要了解他们在反应中的运动和结构变化。”Cordes和他的团队专注于使这种动态变得可见。他与来自伦敦帝国理工学院和格罗宁根大学的科学家合作,首次成功地展示了膜转运蛋白如何实时移动。科学家们在EMBO杂志上报道了他们的发现。

科学家研究的ABC转运蛋白是参与许多细胞过程的必需膜蛋白,包括营养物质输入,解毒和免疫反应。所有ABC转运蛋白都由两个模块组成:所谓的跨膜结构域形成了输出底物的实际水闸,而核苷酸结合结构域通过分裂ATP(细胞的能量货币)产生必需的能量。

为了使ABC转运蛋白如何通过膜转运底物,科学家首次使用单分子FRET方法。

使用这种方法,他们可以分析空间结构的变化和不同蛋白质单位之间的相互作用,因为敏感的显微镜捕获两种染料的荧光中的距离依赖性变化。“通过这种方式,我们能够证明穿过膜的运输需要大的构象变化,”Cordes说。

转运蛋白的两个模块都具有开放和封闭的形式。在初始状态,核苷酸结合结构域向内打开。如果ATP扩散,则此模块关闭。同时,如果底物处于跨膜结构域 - 并且只有那时 - 其闸门向外打开,则释放底物并再次关闭。随后,ATP被切割并且获得的能量用于重新打开核苷酸结合结构域。

科学家们希望单分子FRET能够成为进一步分析ABC转运蛋白的方法。“这种转运类也参与了各种疾病的发展 - 如囊性纤维化和肿瘤抵抗,”Cordes说。“更好地了解运输周期也可以开辟新的治疗方案。”

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