绝美的舞蹈！磷脂合成的分子之舞

细胞膜中最丰富的分子是脂质磷脂酰胆碱(PC，俗称卵磷脂)，因此负责合成的酶是必不可少。发表在《生物化学杂志》上的一项研究利用计算机模拟来洞察其中一种酶是如何激活和关闭PC生产。这些结果可以帮助研究人员理解为什么这种酶的微小变化会导致失明和侏儒症。加拿大西蒙弗雷泽大学(Simon Fraser University)的分子生物学和生物化学教授罗斯玛丽·康奈尔(Rosemary Cornell)研究了这种酶CTP：磷酸胆碱胞苷酸转移酶(CCT)。

CCT是维持细胞膜磷脂平衡组成的关键酶。图像突出了部分酶CCT的动力学，这是调节其功能所必需的。利用计算方法在康奈尔和Tieleman实验室的合作中探索了分子动力学。图片：Mohsen Ramezanpour and Jaeyong Lee

CCT通过结合低PC含量的细胞膜来设定细胞的PC产量。当与膜结合时，CCT酶会改变形状，使其能够在PC合成中执行关键限速步骤。当PC的数量增加时，CCT从膜上脱落，PC生产停止。膜是一个巨大的大分子阵列，里面有许多不同的分子，这种酶是如何识别，应该慢下来，因为细胞膜的PC含量太高了。康奈尔大学和项目团队，一个与彼得从事公务和研究生合作,Mohsen Ramezanpour卡尔加里大学的和李Jaeyong Svetla Taneva，研究协会认为答案必须与形状的动态变化与膜结合酶经历。

但是这些变化很难用传统的结构生物学方法来捕捉，比如x射线晶体学，它会对分子进行静态的快照。相反研究小组使用了分子动力学的计算模拟，它利用分子中每个原子之间的作用力来计算酶运动部分轨迹。当想象输出时，大分子在你眼前跳舞，我们建立的分子动力学模拟不是一次，不是两次，而是40次。计算部分花了几个月和几个月的时间，之后还要花几个月的时间来分析数据。实际上我们花了很多时间在这些跳舞分子的屏幕上。CCT分子的模拟舞蹈表明，当M-domain(通常与细胞膜结合的酶)从细胞膜上分离出来时，它会阻碍酶的活性位点，阻止其进行反应。

当从模拟中移除snagging段时，研究小组在对接部位看到了一个明显的弯曲运动，并推测这种弯曲将会产生一个更好的酶活性位点，在附着在膜上时催化反应。研究小组用生化实验室的实验证实了这些机制。有趣的是，先前的遗传学研究表明，基因编码CCT的突变负责罕见的疾病，如椎体发育不全，导致骨骼生长和视力严重受损，但不知道酶的这些变化是如何导致如此剧烈的后果的。康奈尔希望了解酶的工作原理可以帮助研究人员发现。如果CCT只有一个小的变化，那么这将如何使整个计算机合成过程有缺陷呢？这就是我们现在正在研究的。

博科园-科学科普｜参考期刊：生物化学｜来自：美国生物化学与分子生物学学会