科研动态
多肽自发地和易位子协助下的膜插入热力学分析

日期:2014-09-10 阅读:1036

信息来源:JakobUlmschneider研究组

近期,国际顶级学术期刊自然杂志子刊《Nature Communications》发表了上海交大自然科学研究院及物理与天文系特别研究员JakobUlmschneider及合作者题为 “Spontaneous transmembrane helix insertion thermodynamically mimics translocon-guidedinsertion” 的论文,报道了他们关于多肽自发地和易位子协助下的膜插入热力学研究的最新进展【Nature Communications 5,4863 (2014)】。

疏水蛋白质螺旋片段的生物膜插入是膜蛋白合成中关键的第一步。正确识别蛋白序列中的这些跨膜区域对于预测并找到那些能编码膜蛋白的基因是必须的。几年前Gunnar von Heijne和 Stephen White等人发现,膜蛋白合成中的关键蛋白易位子是根据统计热力学的能量标准决定新合成的多肽片段是否应该插入生物膜形成跨膜螺旋片段(Hessa et al. Nature 2005, 433, 377-381 &Hessa et al. Nature 2007, 450, 1026- 1030)。这些基于体外实验测得的蛋白质螺旋片段膜插入概率跟已有关于膜蛋白的理论和计算模型并不一致,特别是对于包含带电氨基酸的蛋白片段。目前只有很小一部分膜蛋白的结构得到了确定(http://blanco.biomol.uci.edu/mpstruc/),关于膜蛋白的绝大部分信息都来自基因组筛选得到的序列数据。因为目前的理论模型是在基因组中识别膜蛋白序列的唯一工具,所以易位子协助下蛋白质片段的膜插入概率预测模型的准确性对于膜蛋白生物学的研究非常重要。

这项工作的创新点和重要性在于我们使用了三种完全不同的方法去研究同一系统并得到了完全一致的结果。这使得我们可以直接去比较易位子协助下的和没有其协助仅仅热动力学推动下靠热涨落的膜蛋白片段插入的不同。通过这种研究策略我们发现,细胞中易位子蛋白完全是按照无偏的热力学标准工作。最重要的是,多肽膜插入率的三种测量实验方法---体外translocon实验测定、合成多层磷脂膜上的同步辐射圆二色谱测定,微秒尺度无偏全原子分子动力学模拟,对于跨膜区域中间包含带电氨基酸的螺旋片段得出了完全一致的结果。研究结果说明了目前基因组筛选识别跨膜区序列除了疏水性这一点,同时需要注意到带电残基插入膜中的惩罚效应在理论预测模型比真实值高很多。因此,目前很多预测得到的膜蛋白跨膜区域甚至是整个膜蛋白都很可能是不完整的。

本工作受到了国家自然科学基金(No. BC4190004)的资助。

图:多肽自发插入和易位子协助插入磷脂双分子层膜两种模式的比较

 

地址:上海市东川路800号理科实验楼群
邮编:200240

沪交ICP备05010
© 上海交通大学物理与天文学院 版权所有

微信公众号