絕美的舞蹈！磷脂合成的分子之舞

細胞膜中最豐富的分子是脂質磷脂醯膽鹼(PC，俗稱卵磷脂)，因此負責合成的酶是必不可少。發表在《生物化學雜誌》上的一項研究利用計算機模擬來洞察其中一種酶是如何激活和關閉PC生產。這些結果可以幫助研究人員理解為什麼這種酶的微小變化會導致失明和侏儒症。加拿大西蒙弗雷澤大學(Simon Fraser University)的分子生物學和生物化學教授羅斯瑪麗·康奈爾(Rosemary Cornell)研究了這種酶CTP：磷酸膽鹼胞苷酸轉移酶(CCT)。

CCT是維持細胞膜磷脂平衡組成的關鍵酶。圖像突出了部分酶CCT的動力學，這是調節其功能所必需的。利用計算方法在康奈爾和Tieleman實驗室的合作中探索了分子動力學。圖片：Mohsen Ramezanpour and Jaeyong Lee

CCT通過結合低PC含量的細胞膜來設定細胞的PC產量。當與膜結合時，CCT酶會改變形狀，使其能夠在PC合成中執行關鍵限速步驟。當PC的數量增加時，CCT從膜上脫落，PC生產停止。膜是一個巨大的大分子陣列，裡面有許多不同的分子，這種酶是如何識別，應該慢下來，因為細胞膜的PC含量太高了。康奈爾大學和項目團隊，一個與彼得從事公務和研究生合作,Mohsen Ramezanpour卡爾加里大學的和李Jaeyong Svetla Taneva，研究協會認為答案必須與形狀的動態變化與膜結合酶經歷。

但是這些變化很難用傳統的結構生物學方法來捕捉，比如x射線晶體學，它會對分子進行靜態的快照。相反研究小組使用了分子動力學的計算模擬，它利用分子中每個原子之間的作用力來計算酶運動部分軌跡。當想像輸出時，大分子在你眼前跳舞，我們建立的分子動力學模擬不是一次，不是兩次，而是40次。計算部分花了幾個月和幾個月的時間，之後還要花幾個月的時間來分析數據。實際上我們花了很多時間在這些跳舞分子的屏幕上。CCT分子的模擬舞蹈表明，當M-domain(通常與細胞膜結合的酶)從細胞膜上分離出來時，它會阻礙酶的活性位點，阻止其進行反應。

當從模擬中移除snagging段時，研究小組在對接部位看到了一個明顯的彎曲運動，並推測這種彎曲將會產生一個更好的酶活性位點，在附著在膜上時催化反應。研究小組用生化實驗室的實驗證實了這些機制。有趣的是，先前的遺傳學研究表明，基因編碼CCT的突變負責罕見的疾病，如椎體發育不全，導致骨骼生長和視力嚴重受損，但不知道酶的這些變化是如何導致如此劇烈的後果的。康奈爾希望了解酶的工作原理可以幫助研究人員發現。如果CCT只有一個小的變化，那麼這將如何使整個計算機合成過程有缺陷呢？這就是我們現在正在研究的。

博科園-科學科普｜參考期刊：生物化學｜來自：美國生物化學與分子生物學學會

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