讀懂顏三篇的基礎（一）－－什麽叫機理

機理這兩個字簡單， 但是內容很廣很深， 需要無數科學家長年的努力解決，甚至是幾代人的辛勤工作的結果。  葡萄糖轉運機理就是這樣。　這個機理大致可以簡化為兩個問題：

一。 為什麽“隻”轉運葡萄糖? (注：為敘述簡單， 這裏用詞不夠準確）

二。怎麽轉運？

這是兩個相對獨立的問題。  可以理解不同的元件組合可以實現不同的功能。 就像豐田汽車既可以裝Michelin的輪子， 也可以裝Goodyear的輪子。  本田也可以裝這兩種輪子。  不是說兩者完全沒有交集， 但是至少現在的研究還沒有深入到這個程度。

一，  為什麽“隻”轉運葡萄糖?

科學地講，就是轉運蛋白的底物特異性。 這個問題簡單回答就是， 蛋白質需要在特定的位置有特定的氨基酸。 這些位點一般比較“保守”--即功能相似但不同的蛋白基本都有這些或者性質類似的氨基酸。  2009年Meuckler對GLUT1的研究就總結了這個糖蛋白的結合位點。 大部分在顏2012與2015都得到了證實（見下表）， 但也有被晶體結構“否定”或 質疑的，這反映了大家某些地方還在“摸象“和科學進步中的不確定性。再下麵的課題有兩個。 1。為什麽這些氨基酸決定了蛋白的特異性？ 第二個問題是蛋白質與葡萄糖結合後如何發動轉運。 現在給讀者留一個小題目：為什麽這個表裏沒有顏2014？

二 轉運蛋白是怎麽轉運的

上述的底物結合位點並非轉運蛋白特有，其他的蛋白特別是各種酶最先研究的就是底物的結合位點。  然而， 轉運的機製是轉運蛋白所特有， 也是閻顏之爭的焦點。但不是葡萄糖轉運蛋白所特有。 比如MFS超家族的蛋白轉運的基本原理上是差不多的。  

轉運蛋白這個領域公認的基本模型就是1966的經典模型。  這個模型給轉運機理的基本描述： 蛋白麵向細胞外--〉蛋白抓住底物--〉蛋白麵向細胞內--〉底物釋放到細胞內--〉蛋白麵向細胞外， 如此循環反複。 蛋白輪流地麵向細胞外與細胞內，所以叫Alternating Access Model.

下麵的工作有兩個：

（1）。為這個基本模型提供證據， 於此同時，很可能排出其他模型。

（2）。提出更細節的工作原理，搞清楚轉運蛋白是如何循環反複的？

這兩項工作其實是交織在一起的。下麵具體談第二個問題：蛋白是如何從衝外變成衝裏循環反複的？

如下圖所示， Forrest 在2011年綜述總結了兩個。  一種是Rocker Switch. 就是蛋白質的藍綠兩扇門一開一合， 實現對外對內的輪流。  這一模型的要點是葡萄糖在蛋白裏的結合位點在“緯度”上是不動的。 

另一種是Gated Pore. 注意這個模型雖然與Channel有點象但是是一次一個的”thin channel”.  Alternating Access通過外門與內門的輪流開關實現。  第三種機理是蛋白某一部分變形做 “搬運工”。 這一機製沒有被Forrest總結。

而Rocker Switch與 Gated Pore 並不是完全互斥的。 LeuT似乎就顯示了兩者的特質。  而Glut1-4 似乎也既有rocker switch 也有gating pore的機製。   “轉運機理”這個詞實際上是非常複雜的。  科學家用模型來簡化現實的複雜性， 使得複雜的現實更容易被人理解, 但是不能說模型就能代表現實。  我想這也許是顏寧不提Rocker Switch與Gating Pore的原因吧，以免落了窠臼。 比如Glut 裏的ICH這個門閂就在兩個機製裏不存在。

科學的進步是從粗淺到深入，從模糊到清晰慢慢地進步的。 1966 經典根據動力學的研究有了很粗糙的模型， 逐漸進步到用rocker switch 與gating  pore等解釋Alternating  Access.  現在又多了門閂。 並且由於有了晶體結構清晰的擺拍，對機理的解釋到達了一個一個氨基酸如何互相作用的細致程度，是生化實驗無法做到的。    而這隻是機理的一個側麵。 另一個側麵是symporter, unitporter, antiporter coupling的區別。  “葡萄糖轉運機理的發現”是個萬裏長征的大工程，很難歸功於一個人的功勞。