生物通报道：伊利诺斯州立大学研究人员和维吉尼亚大学的研究人员合作，利用X射线数据，先进的计算机模拟和视觉软件，建立了细菌吸收大分子机制的主要部件的模型，为研究与跨膜运输有关的蛋白相互作用开辟了新的道路。详细研究内容刊登于《Biophysical Journal》杂志在线版。

维生素B12、柠檬酸等大分子穿越革兰氏阴性菌外膜并不是一件简单的事，细胞必需对物质进行选择性吸收，而且外膜没有任何向胞内拉动大分子的产能细胞器。最新研究检测的是依赖于内膜产能蛋白TonB的外膜转运系统。这种TonB依赖性运输机（TonB-dependent transporter ，TBDT）含有一个beta-barrel结构域和一个luminal结构域，beta-barrel结构域是一串并联片形成允许大分子通过的通道，luminal结构域在细胞允许大分子通过之前一直阻塞barrel。晶体学研究结果显示，TonB与luminal结构域的一端相结合。研究人员推测TonB可能是将luminal结构域从barrel拔出来，或者改变lumina结构域的形状为大分子的通过开辟道路。

研究小组负责人Emad Tajkhorshid博士说，之前的研究结果迟迟没有定论，而分子生物学家又很难研究涉及蛋白与蛋白之间复杂相互作用的系统，特别是一个区域出入像beta-barrel一样的结构。现在很难评价该实验方法，因为还要观察特定（氨基酸）在反应前后的可接近性，有时你不清楚用于融入beta-barrel并对其内部进行标记的物质，所标记的是发生在内部还是外部。

为了突破这些限制，Tajkhorshid与研究生James Gumbart利用伊利诺斯大学研发的两种软件程序NAMD和VMD，分别模拟了复杂的分子相互作用。研究人员通过输入每个原子位置和特征的详细资料、模拟不同的假设情节，检测最具可行性的假设。他们的工作依据维吉尼亚大学Michael C. Wiener提供的分子结晶学研究的详细结果。

模拟的优势在于可以对每个原子的位置进行操纵，但毕竟工作量巨大。指导构象变化的基本原子运动发生在飞秒（femtoseconds）级时间里，步步相扣，所以模拟需要很多的外延时间和相当大的计算能力。研究人员关心的两个关键问题，一是TonB与luminal结构域之间的键能否经受将luminal结构域从barrel拔出的力度，二是luminal结构域是否对使得barrel畅通的力有反应。

第一项模拟中，研究人员向TonB施加一个力，发现TonB和luminal结构域之间有多个氢键，足够在TonB将luminal结构域从barrel拔出时保持TonB的完整性；还发现luminal结构域逐渐伸展，改变构象以便让开足够空间，让维生素B12通过barrel。

第二项模拟中，研究人员向luminal结构域的重心施力，将其从barrel完整拔出。结果显示这需要巨大能量，所施力为4000皮牛，此数量级比诱导折叠的数量级高，明显说明拔出机制是不可能的。

研究人员说，模拟与日趋完善的结晶学研究、基本的生物学知识相结合，有助于研究复杂系统（如TonB依赖性运输物质）中多种蛋白的相互作用，而且随着计算能力进一步加强，对多个蛋白之间的相互作用越来越重视，这也是朝系统生物学迈进的过程。（生物通 小粥）

图：伊利诺斯大学研究人员模拟内膜蛋白TonB（红色）和外膜蛋白载体luminal结构域（绿色和深蓝）相互作用。黄色球体表示在TonB蛋白上的施力点。