根據近期的一項研究，來自慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universitaet（LMU）的研究人員使用一種特殊的熒光成像技術來揭示了細胞膜中的通道蛋白將分子運輸到細胞外介質時發生的構象變化。

生物細胞可以被認為是蜂巢，其中蛋白質起到工蜂的作用。不一樣的是，蛋白質可以相互作用形成分子機器。為了理解其功能多樣性的機制，結構生物學家主要依賴于結晶后三維結構的分析。然而，蛋白質晶體提供的基本上是靜態的圖像。 “所以這種方法本身就是不夠的，”LMU物理與合成生物學教授Thorben Cordes說。 “我們需要了解分子運動和蛋白質在行使功能過程過程中發生的結構變化。” Cordes和他的研究小組專注于尋找揭示蛋白質動態變化的方法。他們與倫敦帝國理工學院和格羅寧根大學的團隊合作，成功地揭示了一類膜整合轉運蛋白中發生的構象變化。這一發現發表在EMBO雜志上。

這類被研究的蛋白質叫做ABC轉運蛋白，這是一種必需的膜蛋白，參與很多細胞過程，包括營養吸收，解毒和免疫反應。ABC由兩個組分組成：1、嵌入膜中的跨膜結構域形成通道，基質通過該通道從細胞流出；2、細胞內核苷酸結合結構域負責提供所需的能量 - 它通過結合和分解ATP（細胞的主要化學能載體）來完成。

為了確定ABC轉運蛋白如何將其底物運輸到膜上，Cordes及其同事使用了單分子FRET方法。FRET原理如下：將兩個分子分別用兩種不同的熒光染料連接，當其位于相互作用的分子或結構域時，熒光信號隨著它們之間的距離而變化（即發生“熒光共振能量轉移”）。通過使用顯微鏡測量這些變化，可以監測構象結構的變化和不同蛋白質亞基之間的結合相互作用。 “通過這種方式，我們能夠證明底物跨膜轉運需要ABC蛋白構象的重大變化，”Cordes說。轉運蛋白的兩個結構域可以以開放或閉合構象存在。在開始時，核苷酸結合結構域向內開放。然后ATP分子的結合觸發該結構的關閉。當底物已經在由跨膜結構域形成的通道中時，跨膜結構域轉為開放構象，將底物釋放到基質中，然后關閉。

基于這一結果，作者希望單分子FRET將成為進一步研究ABC轉運蛋白的優選方法。 “這類轉運蛋白也參與了許多嚴重疾病的發病機制，包括囊性纖維化以及抗癌藥物，”Cordes解釋說。 “因此，更好地了解他們的運輸機制可以開辟新的治療機會。” （生物谷）

資訊出處：Protein dynamics: Molecular machines at work

原始出處：Florence Husada, Kiran Bountra, Konstantinos Tassis, Marijn de Boer, Maria Romano, Sylvie Rebuffat, Konstantinos Beis, Thorben Cordes.Conformational dynamics of the ABC transporter McjD seen by single‐molecule FRET. The EMBO Journal, 2018; e100056 DOI: 10.15252/embj.2018100056