三磷酸腺苷结合盒式(ATP-binding cassette,ABC)输出转运体是一类典型的蛋白质分子机器,这类分子机器通过门控运动进行“向外打开”(outward-facing,OF)和“向内打开”(inward-facing,IF)构象态之间转换,从而把底物转运输出生物膜外。...三磷酸腺苷结合盒式(ATP-binding cassette,ABC)输出转运体是一类典型的蛋白质分子机器,这类分子机器通过门控运动进行“向外打开”(outward-facing,OF)和“向内打开”(inward-facing,IF)构象态之间转换,从而把底物转运输出生物膜外。尽管结构和功能的研究已取得重大进展,但对ABC输出转运体构象门控的分子机制还没有完全理解。由于全原子分子动力学存在长时间尺度问题,因此对ABC蛋白质分子构象变化不能进行完全描述。本文应用粗粒化分子动力学(CG-MD)结合改善的抽样方法,对细菌ABC输出转运体MsbA进行计算模拟研究。本文计算得到的平均力势(potential of mean force,PMF)表明,从OF构象态到IF构象态之间的转变需要经过一个“阻塞态”(occluded state,OC),即MsbA的内门和外门都是关闭的状态。这种阻塞状态对ABC输出功能的方向单一性具有重要意义。我们的CG-MD计算模拟结果显示,随着MsbA的核苷酸结合域(nucleotide binding domain,NBD)的分离,外门的关闭和内门的打开是采用高度协作的方式。基于本文的计算模拟结果,我们提出了一个与目前文献中发表的有很大不同的机械力学模型,揭示了ABC输出转运体通过构象门控运动输运底物的分子机制。展开更多
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文摘三磷酸腺苷结合盒式(ATP-binding cassette,ABC)输出转运体是一类典型的蛋白质分子机器,这类分子机器通过门控运动进行“向外打开”(outward-facing,OF)和“向内打开”(inward-facing,IF)构象态之间转换,从而把底物转运输出生物膜外。尽管结构和功能的研究已取得重大进展,但对ABC输出转运体构象门控的分子机制还没有完全理解。由于全原子分子动力学存在长时间尺度问题,因此对ABC蛋白质分子构象变化不能进行完全描述。本文应用粗粒化分子动力学(CG-MD)结合改善的抽样方法,对细菌ABC输出转运体MsbA进行计算模拟研究。本文计算得到的平均力势(potential of mean force,PMF)表明,从OF构象态到IF构象态之间的转变需要经过一个“阻塞态”(occluded state,OC),即MsbA的内门和外门都是关闭的状态。这种阻塞状态对ABC输出功能的方向单一性具有重要意义。我们的CG-MD计算模拟结果显示,随着MsbA的核苷酸结合域(nucleotide binding domain,NBD)的分离,外门的关闭和内门的打开是采用高度协作的方式。基于本文的计算模拟结果,我们提出了一个与目前文献中发表的有很大不同的机械力学模型,揭示了ABC输出转运体通过构象门控运动输运底物的分子机制。
