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來(lái)自清華大學(xué)生科院的施一公教授近期發(fā)表了題為“Common folds and transport mechanisms of secondary active transporters”的綜述文章，聚焦于繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)作用元件的常見(jiàn)折疊，以及共有的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。通過(guò)一些結(jié)構(gòu)信息，分析新發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，生化和計(jì)算模擬證據(jù)相關(guān)的作用機(jī)制。論文發(fā)表在《生物物理年度評(píng)論》（Annual Review of Biophysics）上。

早年畢業(yè)于清華大學(xué)的施一公教授自回國(guó)之后就引起了各方關(guān)注，雖然經(jīng)歷了不少輿論爭(zhēng)議，但他在學(xué)術(shù)上依然走出了自己的一條道路，回國(guó)后這5年里，施一公在Nature等國(guó)際頂級(jí)期刊上發(fā)表了12篇論文，高水平成果產(chǎn)出的頻率，比他在國(guó)外時(shí)還要高。同時(shí)他也搭建起了以清華大學(xué)為中心的人才引入橋梁。

繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（Secondary active transport）也稱(chēng)聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)Cotransport，是指某種物質(zhì)能夠逆濃度差進(jìn)行跨膜運(yùn)輸，但是其能量不是來(lái)自于ATP分解，而是由主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)其他物質(zhì)時(shí)造成的高勢(shì)能提供的轉(zhuǎn)運(yùn)方式。繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)活動(dòng)形成的勢(shì)能貯備，還可用來(lái)完成一些其他物質(zhì)的逆濃度差的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，如小腸上皮和腎小管上皮細(xì)胞對(duì)葡萄糖、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收現(xiàn)象。

目前研究發(fā)現(xiàn)的具有不同功能的轉(zhuǎn)運(yùn)子通常序列并不相似，但是一些科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些作用因子卻存在相似的折疊，例如MFS，LeuT，NhaA的折疊。

研究人員分析了同一轉(zhuǎn)運(yùn)家族的多個(gè)構(gòu)象狀態(tài)，如LeuT超家族成員MHP1，ADIC，vSGLT，LeuT，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化與底物結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)之間存在密切關(guān)聯(lián)。盡管近期取得了不少生物化學(xué)與結(jié)構(gòu)學(xué)上的成果，但對(duì)于這些底物識(shí)別，能量耦合，科學(xué)家們了解的還并不多。就此這一綜述就主要聚焦于繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)作用元件的常見(jiàn)折疊，以及共有的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。通過(guò)一些結(jié)構(gòu)信息，分析新發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，生化和計(jì)算模擬證據(jù)相關(guān)的作用機(jī)制。

此前施一公教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)X-射線晶體衍射的方法曾解析了能量耦合因子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的三維結(jié)構(gòu)。通過(guò)分析該蛋白結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn)膜蛋白EcfS與細(xì)胞膜基本處于平行狀態(tài)，而一般膜蛋白基本是垂直于細(xì)胞膜。根據(jù)這個(gè)極其特殊的構(gòu)象，研究人員認(rèn)為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白EcfS通過(guò)在膜內(nèi)翻轉(zhuǎn)來(lái)攝入底物。當(dāng)處于垂直細(xì)胞膜的狀態(tài)時(shí)，EcfS可以與底物結(jié)合，然后翻轉(zhuǎn)進(jìn)入平行狀態(tài)并釋放底物，之后返回垂直狀態(tài)進(jìn)行下一輪循環(huán)，類(lèi)似于酒杯在豎直狀態(tài)下接水，然后翻轉(zhuǎn)倒出杯內(nèi)的水。在該過(guò)程中，親水蛋白EcfA和EcfA’水解ATP并耦合膜蛋白EcfT為EcfS的翻轉(zhuǎn)提供能量。這一轉(zhuǎn)運(yùn)模式有別于目前對(duì)于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通用的“alternating access”模型，是一種嶄新的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白工作模型。

這是施一公教授研究團(tuán)隊(duì)繼2010年在世界上首次解析并報(bào)道膜蛋白EcfS的晶體結(jié)構(gòu)之后，在研究能量耦合因子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白方面的又一次重大突破。

推薦英文摘要：http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-biophys-083012-130429?journalCode=biophys

Annual Review of Biophysics DOI: 10.1146/annurev-biophys-083012-130429

Common Folds and Transport Mechanisms of Secondary Active Transporters

Secondary active transporters exploit the electrochemical potential of solutes to shuttle specific substrate molecules across biological membranes, usually against their concentration gradient. Transporters of different functional families with little sequence similarity have repeatedly been found to exhibit similar folds, exemplified by the MFS, LeuT, and NhaA folds. Observations of multiple conformational states of the same transporter, represented by the LeuT superfamily members Mhp1, AdiC, vSGLT, and LeuT, led to proposals that structural changes are associated with substrate binding and transport. Despite recent biochemical and structural advances, our understanding of substrate recognition and energy coupling is rather preliminary. This review focuses on the common folds and shared transport mechanisms of secondary active transporters. Available structural information generally supports the alternating access model for substrate transport, with variations and extensions made by emerging structural, biochemical, and computational evidence.

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