BtuC-POPC脂膜体系的分子动力学模拟

大肠杆菌的维生素B12转运蛋白(BtuCD)属于ATP结合盒转运蛋白,目前对BtuCD转运底物进入胞质内的确切机制仍不清楚.本研究将BtuCD的跨膜结构域BtuC插入棕榈酰油酸磷脂酰胆碱(POPC)双层膜中,通过MD模拟来研究BtuC的功能性运动.通过超过57ns的MD模拟得到了稳定的蛋白质-脂双层膜体系.模拟结果发现,POPC双层膜能够调整其厚度以适应其中的BtuC.反映脂双层膜性质的两个参数,即每个脂分子的面积和脂双层膜厚度,均与实验测得数据吻合.通过对从MD模拟提取的轨迹进行主成分分析(PCA),使得能从原子水平上了解BtuC的几种主要运动模式.结果表明,尽管BtuC的几种主要运动模式各不相同,却都实现了跨膜通道维度的改变,控制通道开口的打开和闭合.这些BtuC运动模式和与其相互作用的BtuF和BtuD的功能性运动很好的偶合.BtuC的运动主要体现在周质一侧的区域,控制跨膜通道在该侧开口的大小.MD模拟过程中,这一侧开口可以比晶体结构反映的“开放”状态更开放.在胞质一侧,并未观察到通道开口的明显变化.意外的是,尽管BtuC两个结构域具有相同的序列和类似的高级结构,但它们在运动上却有明显差异.这些结果有助于在原子水平上理解底物的转运机制.