膜转运蛋白在原子分辨率下构象转变的机制图

在其运输周期中，ATP结合箱（ABC）转运蛋白经历了向内和向外状态之间的大规模构象变化。我们采用了一种基于设计特定系统的反应坐标并使用非平衡功关系的方法，进行了广泛的全原子分子动力学模拟，针对存在明确定义的膜/溶剂的情况下，采样了大量机制上不同的MsbA构象转变路径，MsbA是一种细菌ABC外排蛋白，其结构已在多个功能状态下得到了解析。这里开发的计算方法基于（i）广泛探索特定系统的偏置协议（例如，使用基于现有低分辨率晶体结构设计的集体变量）和（ii）使用非平衡功关系比较转变路径的相关性。通过这种方法识别出的最相关转变路径涉及几个不同的阶段，反映了与蛋白质功能相关的结构变化的复杂性。在apo MsbA的外向-内向转变过程中，细胞质门的打开发现当周围细胞门打开时是不利的，并且由核苷酸结合域的扭转运动促进，这涉及到它们相对取向的显着变化。这些结果强调了跨膜区域和核苷酸结合域在ABC外排蛋白构象转变中的协同作用。这里介绍的方法为研究其他膜转运蛋白的大规模构象变化提供了一个框架，因为这些蛋白质在原子分辨率下的计算研究可能不适用于传统方法。