月27日，清華大學醫(yī)學院教授顏寧領(lǐng)導的研究組與生命學院王佳偉博士,、龔海鵬博士合作在《自然》在線發(fā)表論文,，報道大腸桿菌巖藻糖（L-fucose）轉(zhuǎn)運蛋白（FucP）結(jié)構(gòu)與功能的研究。
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圖片來源：科學網(wǎng)
FucP從屬于Major Facilitator Superfamily (MFS)超家族,。MFS超家族轉(zhuǎn)運蛋白是一類非常古老,、在各個物種中都起著重要作用的轉(zhuǎn)運蛋白,，目前已知一級序列的家族成員超過一萬個，它們在營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運,、細菌抗藥性以及神經(jīng)信號傳導等各種生理過程中起著重要作用,。由于MFS轉(zhuǎn)運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,，這個家族中只有三個蛋白的結(jié)構(gòu)被報道，并且觀測到的僅有向胞內(nèi)開放與兩端封閉兩種構(gòu)象,。一直以來,，為了證明最基本的轉(zhuǎn)運原理適用于MFS家族，本領(lǐng)域迫切希望獲得向胞外開放的MFS轉(zhuǎn)運蛋白的構(gòu)象,。
為理解MFS蛋白的工作機理,，顏寧研究組選擇了糖轉(zhuǎn)運蛋白的代表FucP作為研究對象， FucP是一類依賴于質(zhì)子梯度的同向共轉(zhuǎn)運蛋白（Proton Symporter）,，具有高度的底物特異性,。清華大學兩位本科生黨尚宇、孫林峰同學從三年級暑假開始著手研究該蛋白的結(jié)構(gòu)與功能,，經(jīng)過一年半的探索,，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MFS家族的此類結(jié)構(gòu),，原則上證明了MFS家族兩個構(gòu)象互變以轉(zhuǎn)運底物的猜想。FucP分為N和C兩個結(jié)構(gòu)域,，轉(zhuǎn)運通道一目了然,。非常有意思的是，N domain朝向轉(zhuǎn)運通道一側(cè)的表面電勢主要為負電性,，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，在黃永鑒等同學的大力幫助下,，他們又經(jīng)過近半年的生物化學研究,，揭示了FucP在底物識別和轉(zhuǎn)運，以及質(zhì)子傳遞偶聯(lián)過程中起關(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)子傳遞機理，為理解MFS家族提供了一個新的重要研究系統(tǒng),。
膜蛋白的結(jié)構(gòu)生物學研究一直以來是結(jié)構(gòu)生物學領(lǐng)域公認的重點及難點,。1985年，第一個膜蛋白結(jié)構(gòu)問世,，當時共計僅有不到200個生物大分子結(jié)構(gòu),。而時至今日,，PDB收錄的近7萬個生物大分子結(jié)構(gòu)中，膜蛋白結(jié)構(gòu)不到700個,，其中新型的膜蛋白結(jié)構(gòu)又只有250多個（Membrane Proteins of Known 3D Structure）,，足見膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學研究的困難。清華大學結(jié)構(gòu)生物學中心在過去兩年間相繼報道了3個新型膜蛋白的4個晶體結(jié)構(gòu),，由于其創(chuàng)新性和重要性,，四篇學術(shù)論文全部發(fā)表于《自然》或《科學》,，為我國的膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學研究作出了重要貢獻,，其成果在國際結(jié)構(gòu)生物學領(lǐng)域獲得了充分關(guān)注。（生物谷Bioon.com）
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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.
