三脚猫看阎颜之争 - 俺也有个构象转换模型

5月里经朋友介绍才注意到文学城中这场关于葡萄糖转运机理“发明权”及关于颜宁在Nature2012或Nature2014 (1,2) 中是否需要引用润涛阎Cell1993/PNAS1995(3, 4)的大讨论(5, 6, 7)。自5月以来烽火连三月，这一争论俨然演变成了一个科学公案。近来讨论的焦点逐渐集中到了Nature2014作者在讨论部分提出的(proposed) working model中的葡萄糖载体蛋白构象循环图(图五)。此处作者简单提及“according to the Alternating Access Model ”.  一篇相关文献即Jardetzky Nature1966出现在前言中。从Jardetzky66直接进入2014文中图5提出的四象循环图确实留下了让人提问的空间。小颜微博中的对老先生66年的经典你们要怎么着式的回答自然不光没有帮助解答问题反而更使人感到此处有点迷雾重重了。

从科学的角度细看看这66经典和构象循环图究竟是什么关系是个很有意思的话题。网友SwipeTheFox 在这方面做了有益的努力(8).  有趣的是在与Fox 先生的讨论中一不小心俺觉得看出了这里面一些规律，好象在文献中还没出现过另外也没人谈及。俺就也顺便提出(propose)一个MFS 转运蛋白构象转换模型(Model) 吧。

1. MFS大家庭转运蛋白构象

综观有关的文献MFS转运大家庭转运蛋白构象可用/(至少)3个参数来描述，即底物/糖结合与否，喇叭口开关状态？ 喇叭口朝外还是朝里(细胞内) (Table1):

a. 底物/糖结合与否只有二种可能：  Ligand-bound, ligand-free。b. 喇叭口朝外还是朝里自然只有二种可能。c. 喇叭口开关状态需至少3个值即全开，全关或半开半闭。当然“半开半闭”仍是个粗略的描述，完全可能有其它中间状态。

这样 2x2x3 共有至少12种可能的构象状态。考虑到当喇叭口全关闭时无所谓朝里朝外，所以10种构象应是比较全面的描述了(Table2).

 

2. Alternating Access Model (AAM)

老先生在1966 到底说了啥？ 老先生从对动力学数据的分析提出底物结合位点应当是朝外开和朝内开轮流着来 (AAM)。当时的认知完全到不了涉及多少个转运蛋白构象的程度。关于AAM 与构象转换模型之间的关系小颜甚至YGS 大师分别在2013年的综述里(9, 10)详细讨论了.  阅读学习后受益非浅，这里不赘述。 YGS大师特别指出“This model has gained considerable support from recent structural and biochemical investigations”.  所以并不是老先生一句就成第一原理了。实践是检验真理的唯一标准. 否则如果只是简单地抱着Jardetzky1966那不成了原教旨主义者了。

 

3. MFS 10构象转换模型

这10个构象自然不是随便画在一起就可以的。这些构象之间必须一步步变化过来，因为转运蛋白是镶嵌在双磷脂细胞膜海洋里，蛋白整体可以在膜里打转转，蛋白本身构象也可高速转换(thermodynamics)  但绝不能来个后空翻细胞外与朝细胞内来回翻跟头。所以在符合AAM 基本思想的情况下上述10构象应当遵守下面提出的构象转换模型(Figure1):

 

需要提出的是这一新的10构象转换模型自然涵盖9构象，8构象，7构象 ...

回到Nature2014' working model 图五。这工作模型其实包含有3点。1)四构象循环， 2) ICH domain ( 内门闩)。小颜Nature2012 和2014都有重要果包括点突变和生化功能测定的数据，3) Extracellular gate ( 一道外门)主要由来自TM-TM及TM ATM  的残基组成。这道门小颜有高精度3维结构在手基本可说是“看见”的。可以说大讨论的焦点之一是关于这四构象循环。怎么出来的？  这事说难也难，说容易也容易。基于MFS 大家庭已有的结构，简单提出也行。小颜2013的综述图3a不就是四象循环吗？  最高境界是拿到同一个蛋白的所有构象。但那要等到啥时候？ 这居于中间的境界是获得相近蛋白的多个构象，再上生化的，生物物理的，动力学的数据自然更好。Nature2014图五中的四象循环就象SwipeTheFox 多次指出的这其实不是很重要的贡献。Nature2012'MFS 大家庭6个构象放在图五中其实己经摆在那儿了。小颜2013'综述己经很自然地画了个四象循环图。所以2014'Nature想提出(propose)就提出呗,  俺没太大意见。

至于俺的十象循环图，业余搞科研，疏漏之处在所难免。敬请业内专家学者及各路高手批评指正。如果这一模型根本性地错了，俺一定撒掉拙文。如果不是错的，也许这一模型还真有助于对糖转运机理更进一步的研究呢？

参考文献:

1. Sun, L., et al “Crystal structure of a bacterial homologue of glucose transporters GLUT1-4” Nature 2012. 490:361-366

2. Deng, D., et al “Crystal structure of the human glucose transporter GLUT1” Nature 2014. 510:121-125

3.  Yan, R.T. and Maloney P.C “Identification of a residue in the translocation pathway of a membrane carrier” Cell 1993. 75:37-44

4. Yan, R.T. and Maloney P.C “Residues in the pathway through a membrane transporter” PNAS 1995. 92:5973-5976

5. 润涛阎 - 文学城博客：

a. 颜宁剽窃实锤与中国政府应该调查此?案

    https://www.wenxuecity.com/blog/201907/1666/32940.html

b. 颜博士的回应 https://blog.wenxuecity.com/myblog/1666/201905/17824.html

c. 颜宁的反驳为何站不住脚 https://blog.wenxuecity.com/myblog/1666/201905/19103.html

d. 颜宁博士无法反驳的第五个事实 https://blog.wenxuecity.com/myblog/1666/201907/7515.html

6. Fanreninus: 阎欠颜一个道歉 https://www.wenxuecity.com/blog/201907/73963/7931.html

7. SwipeTheFox: 阎颜之争风云再起 http://blog.wenxuecity.com/myblog/49113/201907/9857.html

8. SwiperTheFox:  转运蛋白一日游 http://blog.wenxuecity.com/myblog/49113/201907/17275.html

9.  Yan, N “Structural advances for the major facilitator superfamily (MFS) transporters” Trends in Biochemical Sciences 2013, 38:151-159

10. Shi, YG “Common folds and transport mechanisms of secondary active transporters”  Annu. Rev. Biophys. 2013. 42:51-72.

Note: Section ‘Alternating Access Model’ starts from Page 58.

11. Deng, D., et all “Molecular basis of ligand recognition and transporter by glucose transporters” Nature 2015. 526:391-396

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