细胞必须不断地将分子输入和输出以维持生命。计算机科学家和分子生理学家已经开发出一种计算机算法来捕捉这些关键蛋白质的工作原理。

在每一种植物或动物体内，被称为转运蛋白的蛋白质就像细胞的看门人，根据需要让营养物质和其他分子进出。尽管转运蛋白对正常细胞功能至关重要，也是许多药物的关键靶点，但科学家们从未真正了解它们是如何打开和关闭的。

斯坦福大学的研究人官方manbetx手机版员模拟了转运蛋白如何通过细胞膜移动糖分子，这是一种与药物传递相关的现象。(图片来源:iStock/NNehring，与Stefani Billings)

现在，斯坦福大学的研究人员官方manbetx手机版创造了一种逼真的模拟，模拟了一种转运蛋白在细胞膜上移动糖分子。仿真,中描述的细胞，可以促进药物的开发，许多药物都是通过操纵转运蛋白起作用的。例如，这些蛋白质运送多巴胺、血清素和其他神经递质进出细胞，使它们成为治疗抑郁症等精神疾病的关键。此外，大多数药物必须避免转运体从细胞中排出才能有效。

分子和细胞生理学助理教授梁峰说:“现在我们对转运蛋白的工作方式有了更好的了解，我们可以分解这个过程，看看真正重要的是什么。”梁峰与计算机科学副教授罗恩·德罗尔(Ron Dror)共同撰写了这篇论文。

运输基础知识
转运蛋白紧贴在细胞膜上。它们有两个门:一个向外打开，另一个向内打开。在20世纪60年代末，科学家们推测，传送器一次只能打开一个门，就像宇宙飞船上的气闸系统一样。但由于蛋白质太小，无法通过显微镜看到，因此无法验证这个想法。

相反，科学家们使用了一种叫做晶体学的技术来破译蛋白质的形状。将这些静态图像与生物实验相结合，他们可以推断出转运蛋白的行为方式。

但是冯想要更进一步。“我们想弄清楚这些分子是如何改变形状来实现它们的功能的，”他说。

动态模拟
通过研究生Nathan Fastman和Naomi Latorraca之间的对话，人们对运输机的动态看法得到了进一步的发展。法斯曼是冯实验室的一名研究生，他对一种特殊的糖转运体非常熟悉。拉托拉卡是德罗尔实验室的一名研究生，专门研究原子水平上的分子动力学建模。随着计算机技术的进步，这些类型的模拟变得更加强大。

“此外，基础物理模型变得更加精确，我们现在使用更好的算法，”德罗尔说。

法斯曼发现了传输体在传输过程中不同阶段的晶体学图像，这为模拟提供了起点。Latorraca和Dror从一个结构开始，在原子之间的物理作用力中编程，然后退后一步，让模拟的原子自发地运动。

从这个起点开始，模拟发现了与其他两种晶体状态相匹配的结构。这个模拟也支持了传送机如何工作的气闸理论。结果表明，原子间的作用力是这样的:当两扇门中的一扇打开或两扇都关闭时，蛋白质是最稳定的，而不是两扇门都打开。

“这篇论文的美妙之处在于模拟和实验证据非常吻合，所以我们知道模拟很可能是真实的，”冯说。

Dror说，揭示转运蛋白的内部工作原理将有利于医学研究。官方manbetx手机版

“例如，人们可以通过制造与转运蛋白结合并调节转运蛋白的药物来治疗糖尿病等疾病，”他说，“防止药物被转运蛋白排出细胞将有助于避免抗生素耐药性等问题。”

这篇题为“交替进入转运体中的底物易位机制”的论文的其他撰稿人包括a . J. Venkatakrishnan，他是Dror实验室的博士后研究员，以及卡内基科学研究所的Wolf Frommer。

这项工作是由斯坦福生物x，国家卫生研究院，能源部，哈罗德和莱拉Y.马瑟斯慈善基金会和阿尔弗雷德P.斯隆基金会资助的。

沙拉吨位

原来在news.stanford.edu

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