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生物物理所肉碱膜转运蛋白三维结构研究取得新成果
3月28日,中科院生物物理研究所江涛研究员课题组在Nature  Structural  &  Molecular  Biology杂志在线发表了题为Crystal  Structure  of  the  Carnitine  Transporter  and  Insights  into  the  Antiport  Mechanism的文章。该研究解析了肉碱膜转运蛋白CaiT的三维结构,并对其分子机制进行了深入的探讨。



肉碱(carnitine)在生物体内广泛存在,它在哺乳动物长链脂肪酸的β-氧化中发挥着重要作用。一些细菌在缺氧环境下,还可以利用肉碱作为电子受体,并将其转化为γ-三甲氨基丁内盐(γ-butyrobetaine)。大肠杆菌中的膜转运蛋白CaiT是一个具有12次跨膜螺旋的膜蛋白,它负责双向转运肉碱以及肉碱的代谢产物γ-butyrobetaine。关于转运机制,过去的研究认为,膜转运蛋白采用一种alternating-access的底物转运机制,即转运蛋白有inward-facing和outward-facing两种主要构象,通过在二者间的变换来转运底物。然而,由于缺乏足够的蛋白-底物复合物结构和功能实验证据,具体的作用细节还很不清楚。



经过长期努力,江涛课题组解析了膜转运蛋白CaiT与其底物L-肉碱复合物3.15埃分辨率的晶体结构。该晶体结构中,CaiT以三聚体形式存在,每个单体表现为介于inward-facing和outward-facing构象中间态的一种构象。每个CaiT分子结合了4个L-肉碱分子。这4个肉碱分子在CaiT的中心部位沿跨膜方向依次分布,勾勒出一条底物的转运通道。通过对关键氨基酸残基进行突变体转运实验,研究结果提示位于CaiT中心位置的主要结合位点和位于胞内通道底部的次要结合位点在转运过程中起重要作用。该项研究工作使得人们对于具有双向运输功能的膜转运蛋白的作用机制有了更加深入的认识。



该项研究工作得到科技部,中国科学院和自然科学基金委的资助。

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