三腳貓看閻顏之爭 - 俺也有個構象轉換模型

來源: 2019-07-26 17:54:47 [] [博客] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀: 次 (7077 bytes)

5月裏經朋友介紹才注意到文學城中這場關於葡萄糖轉運機理“發明權”及關於顏寧在Nature2012或Nature2014 (1,2) 中是否需要引用潤濤閻Cell1993/PNAS1995(3, 4)的大討論(5, 6, 7)。自5月以來烽火連三月,這一爭論儼然演變成了一個科學公案。近來討論的焦點逐漸集中到了Nature2014作者在討論部分提出的(proposed) working model中的葡萄糖載體蛋白構象循環圖(圖五)。此處作者簡單提及“according to the Alternating Access Model ”.  一篇相關文獻即Jardetzky Nature1966出現在前言中。

從Jardetzky66直接進入2014文中圖5提出的四象循環圖確實留下了讓人提問的空間。小顏微博中的對老先生66年的經典你們要怎麽著式的回答自然不光沒有幫助解答問題反而更使人感到此處有點迷霧重重了。

從科學的角度細看看這66經典和構象循環圖究竟是什麽關係是個很有意思的話題。網友SwipeTheFox 在這方麵做了有益的努力(8).  有趣的是在與Fox 先生的討論中一不小心俺覺得看出了這裏麵一些規律,好象在文獻中還沒出現過另外也沒人談及。俺就也順便提出(propose)一個MFS 轉運蛋白構象轉換模型(Model) 吧。

1. MFS大家庭轉運蛋白構象

綜觀有關的文獻MFS轉運大家庭轉運蛋白構象可用/(至少)3個參數來描述,即底物/糖結合與否,喇叭口開關狀態? 喇叭口朝外還是朝裏(細胞內) (Table1):

a. 底物/糖結合與否隻有二種可能:  Ligand-bound, ligand-free。

b. 喇叭口朝外還是朝裏自然隻有二種可能。

c. 喇叭口開關狀態需至少3個值即全開,全關或半開半閉。當然“半開半閉”仍是個粗略的描述,完全可能有其它中間狀態。

這樣 2x2x3 共有至少12種可能的構象狀態。考慮到當喇叭口全關閉時無所謂朝裏朝外,所以10種構象應是比較全麵的描述了(Table2).

2. Alternating Access Model (AAM).

老先生在1966 到底說了啥? 老先生從對動力學數據的分析提出底物結合位點應當是朝外開和朝內開輪流著來 (AAM)。當時的認知完全到不了涉及多少個轉運蛋白構象的程度。關於AAM 與構象轉換模型之間的關係小顏甚至YGS 大師分別在2013年的綜述裏(9, 10)詳細討論了. 閱讀學習後受益非淺,這裏不贅述。否則如果隻是簡單地抱著Jardetzky1966那不成了原教旨主義者了。

3. MFS 10構象轉換模型

這10個構象自然不是隨便畫在一起就可以的。這些構象之間必須一步步變化過來,因為轉運蛋白是鑲嵌在雙磷脂細胞膜海洋裏,蛋白整體可以在膜裏打轉轉,蛋白本身構象也可高速轉換(thermodynamics)  但絕不能來個後空翻朝細胞外與朝細胞內來回翻跟頭。所以在符合AAM 基本思想的情況下上述10構象應當遵守下麵提出的構象轉換模型(Figure1):

需要提出的是這一新的10構象轉換模型自然涵蓋9構象,8構象,7構象 ...

4. 關於構象轉換動力學研究

獲得人葡萄糖載體高精度3維結構的成果標誌著對於人葡萄糖載體轉運機理的研窮從此走出了“瞎子摸象”的階段。從多個構象的對比研究中確能在分子水平上獲得許多重要的insight (11).  同時對轉運機理的進一步深入研究仍需要Biochemical, biophysical, kinetic 及蛋白結構等各種實驗手段的協同作戰。對“活的”蛋白的動力學研究(老閻多次強調的)是個重要課題。“活的”載體蛋白在無底物/糖存在的情況應在下列至少3個構象之間變換。那變換的速率有多快?在達到平衡狀態下這“活的”載體蛋白喜歡處於那一種構家呢?  等等的問題(Figure2) 都有待於新時代裏更多的biochemical, biophysical, kinetic 實驗來問答

業餘人士搞科研,疏漏之處在所難免。敬請業內專家學者批評指正。如果這一模型根本性地錯了,俺一定撒掉拙文。如果本模型經檢驗是站得住腳的,希望這一模型有助於對糖轉運機理更進一步的研究。

參考文獻:

1. Sun, L., et al “Crystal structure of a bacterial homologue of glucose transporters GLUT1-4” Nature 2012. 490:361-366

2. Deng, D., et al “Crystal structure of the human glucose transporter GLUT1” Nature 2014. 510:121-125

3.  Yan, R.T. and Maloney P.C “Identification of a residue in the translocation pathway of a membrane carrier” Cell 1993. 75:37-44

4. Yan, R.T. and Maloney P.C “Residues in the pathway through a membrane transporter” PNAS 1995. 92:5973-5976

5. 潤濤閻: 顏博士的回應 https://blog.wenxuecity.com/myblog/1666/201905/17824.html

顏寧的反駁為何站不住腳 https://blog.wenxuecity.com/myblog/1666/201905/19103.html

顏寧博士無法反駁的第五個事實 https://blog.wenxuecity.com/myblog/1666/201907/7515.html

6. Fanreninus: 閻欠顏一個道歉 https://www.wenxuecity.com/blog/201907/73963/7931.html

7. SwipeTheFox: 閻顏之爭風雲再起 http://blog.wenxuecity.com/myblog/49113/201907/9857.html

8. SwiperTheFox:  轉運蛋白一日遊 http://blog.wenxuecity.com/myblog/49113/201907/17275.html

9.  Yan, N “Structural advances for the major facilitator superfamily (MFS) transporters” Trends in Biochemical Sciences 2013, 38:151-159

10. Shi, YG “Common folds and transport mechanisms of secondary active transporters”  Annu. Rev. Biophys. 2013. 42:51-72.

Note: This paper covers MFS famility.  Section ‘Alternating Access Model’ starts from Page 58.

11. Deng, D., et all “Molecular basis of ligand recognition and transporter by glucose transporters” Nature 2015. 526:391-396




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