月27日,，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授顏寧領(lǐng)導(dǎo)的研究組與生命學(xué)院王佳偉博士,、龔海鵬博士合作在《自然》在線發(fā)表論文，報(bào)道大腸桿菌巖藻糖（L-fucose）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（FucP）結(jié)構(gòu)與功能的研究,。
生物谷 src="http://www.bioon.com/biology/UploadFiles/201009/2010092915473144.jpg" width=380 border=0>
圖片來(lái)源：科學(xué)網(wǎng)
FucP從屬于Major Facilitator Superfamily (MFS)超家族,。MFS超家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是一類非常古老、在各個(gè)物種中都起著重要作用的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,，目前已知一級(jí)序列的家族成員超過(guò)一萬(wàn)個(gè),，它們?cè)跔I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)菌抗藥性以及神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)等各種生理過(guò)程中起著重要作用,。由于MFS轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的重要生理功能,，它們的結(jié)構(gòu)與功能受到了廣泛的關(guān)注。然而迄今為止,，這個(gè)家族中只有三個(gè)蛋白的結(jié)構(gòu)被報(bào)道,，并且觀測(cè)到的僅有向胞內(nèi)開放與兩端封閉兩種構(gòu)象。一直以來(lái),，為了證明最基本的轉(zhuǎn)運(yùn)原理適用于MFS家族,，本領(lǐng)域迫切希望獲得向胞外開放的MFS轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的構(gòu)象。
為理解MFS蛋白的工作機(jī)理,，顏寧研究組選擇了糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的代表FucP作為研究對(duì)象,， FucP是一類依賴于質(zhì)子梯度的同向共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Proton Symporter），具有高度的底物特異性,。清華大學(xué)兩位本科生黨尚宇,、孫林峰同學(xué)從三年級(jí)暑假開始著手研究該蛋白的結(jié)構(gòu)與功能，經(jīng)過(guò)一年半的探索,，終于在2009年秋獲得了FucP在3.1埃分辨率的晶體結(jié)構(gòu),。此結(jié)構(gòu)顯示FucP處于向胞外開放的構(gòu)象，這是第一個(gè)MFS家族的此類結(jié)構(gòu),，原則上證明了MFS家族兩個(gè)構(gòu)象互變以轉(zhuǎn)運(yùn)底物的猜想,。FucP分為N和C兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，轉(zhuǎn)運(yùn)通道一目了然,。非常有意思的是,，N domain朝向轉(zhuǎn)運(yùn)通道一側(cè)的表面電勢(shì)主要為負(fù)電性，而C domain的表面則主要為疏水性和正電性,。得到蛋白結(jié)構(gòu)以后,，在黃永鑒等同學(xué)的大力幫助下，他們又經(jīng)過(guò)近半年的生物化學(xué)研究,，揭示了FucP在底物識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn),，以及質(zhì)子傳遞偶聯(lián)過(guò)程中起關(guān)鍵作用的殘基D46和E135。這些研究顯示,，F(xiàn)ucP與LacY存在著不同的質(zhì)子傳遞機(jī)理,，為理解MFS家族提供了一個(gè)新的重要研究系統(tǒng)。
膜蛋白的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究一直以來(lái)是結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)的重點(diǎn)及難點(diǎn),。1985年,，第一個(gè)膜蛋白結(jié)構(gòu)問世，當(dāng)時(shí)共計(jì)僅有不到200個(gè)生物大分子結(jié)構(gòu),。而時(shí)至今日,，PDB收錄的近7萬(wàn)個(gè)生物大分子結(jié)構(gòu)中，膜蛋白結(jié)構(gòu)不到700個(gè),，其中新型的膜蛋白結(jié)構(gòu)又只有250多個(gè)（Membrane Proteins of Known 3D Structure）,，足見膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的困難,。清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)中心在過(guò)去兩年間相繼報(bào)道了3個(gè)新型膜蛋白的4個(gè)晶體結(jié)構(gòu)，由于其創(chuàng)新性和重要性,，四篇學(xué)術(shù)論文全部發(fā)表于《自然》或《科學(xué)》,，為我國(guó)的膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究作出了重要貢獻(xiàn)，其成果在國(guó)際結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域獲得了充分關(guān)注,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦英文摘要：
Nature doi:10.1038/nature09406
Structure of a fucose transporter in an outward-open conformation
Shangyu Dang1, Linfeng Sun1,2, Yongjian Huang1,2, Feiran Lu1, Yufeng Liu1, Haipeng Gong1, Jiawei Wang1 & Nieng Yan1
State Key Laboratory of Bio-membrane and Membrane Biotechnology, Center for Structural Biology, School of Life Sciences and School of Medicine, Tsinghua University, Beijing 100084, China
The major facilitator superfamily (MFS) transporters are an ancient and widespread family of secondary active transporters1. In Escherichia coli, the uptake of l-fucose, a source of carbon for microorganisms, is mediated by an MFS proton symporter, FucP2, 3. Despite intensive study of the MFS transporters, atomic structure information is only available on three proteins and the outward-open conformation has yet to be captured4, 5, 6. Here we report the crystal structure of FucP at 3.1?? resolution, which shows that it contains an outward-open, amphipathic cavity. The similarly folded amino and carboxyl domains of FucP have contrasting surface features along the transport path, with negative electrostatic potential on the N domain and hydrophobic surface on the C domain. FucP only contains two acidic residues along the transport path, Asp?46 and Glu?135, which can undergo cycles of protonation and deprotonation. Their essential role in active transport is supported by both in vivo and in vitro experiments. Structure-based biochemical analyses provide insights into energy coupling, substrate recognition and the transport mechanism of FucP.
