Science：科学家开发出可用于医学研究的人工分子转运蛋白

  近日发表在Science上的一篇研究论文表示，来自麻省理工学院等处的研究人员首次开发出了一种可以携带跨膜单一原子的人工转运蛋白，其为开发一系列新型小分子来进行纳米研究及医药领域研究提供了新的研究思路和线索。

  每一个人类细胞都由脂质层所包围，而脂质层作为天然的分子屏障，其可以保护细胞器及其它元件，而这种细胞“皮肤”也很难被大部分的生化分子所穿过，但是这同时提出了一个问题，那就是如果化学物不能来回穿过脂质层，那么细胞如何获取食物以及移除细胞内的代谢垃圾呢？然而自然界往往会为此找到合理的解决方法，那就是转运蛋白的存在，这些分子机器-转运蛋白嵌入到了细胞膜中，可以使得特殊的化学物在其所需要的时候进入/排出细胞中。

  于是研究人员试图去开发人工转运蛋白，来研究转运蛋白的工作原理，从而为成功开发新型小分子奠定基础；首先研究者设计了一种新型的计算机技术来模拟转运蛋白必要的分子物理学特性，从而可以帮助研究者以计算机模拟的技术来设计转运蛋白；尤其是利用以氨基酸模块作为基础的计算机模拟技术就可以模拟未来的转运蛋白，以便该转运蛋白可以携带在扩魔的某一个方向携带金属锌离子。利用计算机模拟技术研究者在实验室中就开发出了特殊的转运蛋白分子，其可以在两种状态下进行切换从而使其可以携带原子穿过细胞膜。

  最后研究者Grigoryan指出，我们的研究就是利用计算机模拟的技术来调节原子结构和分子动力学的精确特性，从而使得设计出的蛋白质可以完成复杂的细胞分子机器的功能；未来我们的研究工作将为设计并且理解细胞膜蛋白提供新的思路和研究基础。（转化医学网360zhyx.com）

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De novo design of a transmembrane Zn2+-transporting four-helix bundle
Science DOI: 10.1126/science.1261172
Nathan H. Joh1, Tuo Wang2, Manasi P. Bhate1, Rudresh Acharya3, Yibing Wu1, Michael Grabe1,*, Mei Hong2,*, Gevorg Grigoryan4,*, William F. DeGrado1,*
The design of functional membrane proteins from first principles represents a grand challenge in chemistry and structural biology. Here, we report the design of a membrane-spanning, four-helical bundle that transports first-row transition metal ions Zn2+ and Co2+, but not Ca2+, across membranes. The conduction path was designed to contain two di-metal binding sites that bind with negative cooperativity. X-ray crystallography and solid-state and solution nuclear magnetic resonance indicate that the overall helical bundle is formed from two tightly interacting pairs of helices, which form individual domains that interact weakly along a more dynamic interface. Vesicle flux experiments show that as Zn2+ ions diffuse down their concentration gradients, protons are antiported. These experiments illustrate the feasibility of designing membrane proteins with predefined structural and dynamic properties.