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三脚猫看阎颜之争 - 俺也有个构象转换模型

(2019-07-31 11:21:40) 下一个

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TM7-TM10及TM1-TM4  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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评论
Stegy223 回复 悄悄话 9/26/2019
“All Models are Wrong, but some are useful.”
- George E. P. Box

Stegy223 回复 悄悄话 "回复 'Keyo 2019-07-31的评论 :
有道理,提两点意见:... 2.循环应该是顺时针方向。严格一点的话,顺时针方向为长箭头,逆时针方向为短箭头"

每二个相邻构象之间都是可逆的。所以必用向前与向后二个箭头示意。具体到每一个实验测定体系每个箭头需有实际测出的动力学常数(kinetic constant). 这里如无条件地“顺时针方向为长箭头,逆时针方向为短箭头”俺就发明了一台蛋白质分子水平的“永动机”了 (:-)
Stegy223 回复 悄悄话 "回复 'Keyo 2019-07-31的评论 :
这里还涉及到另一个有意思的Point。俺用的是top-down approach 是从基本 逻辑从发,轻易不想丟掉任何可能的构象。小颜2014工作模型构象循环骨架用的是bottom-up approach. 轻易不能加构象。 这不有人在问哪来的?生化数据在哪里?
Stegy223 回复 悄悄话 回复'Keyo 2019-07-31的评论:
“有道理,提两点意见:
1. “俗称喇叭口朝外”和“俗称喇叭口朝里”两构相似无比要,去掉这两个构相就会形成一个完整循环。
2.循环应该是顺时针方向。严格一点的话,顺时针方向为长箭头,逆时针方向为短箭头"

谢谢Keyo的评论。蛮有思想的。

#1. 理解你的意思。“俗称喇叭口朝外” ligand-bound outward open 与ligand-free outward open 从蛋白质角度看构象极为相似了。因文献上确有这二种结构(尽管不是在同一个蛋白上),为全面起见就都放上去了。同意从“循环”角度看这张图可以考虑改进一下。
SwiperTheFox 回复 悄悄话 回复 'Fanreninus' 的评论 :

我记得富小姐的笔记里有双螺旋 对比 三螺旋的模型,就是因没拿到实验证据所以一直按着.

抛开富兰克林与华生克里克的争议不谈, 其实DNA双螺旋也就是做了一个晶体结构, 就'推出了晶体", 经典地否定了老阎所谓晶体推不出机理的谬论.
SwiperTheFox 回复 悄悄话 回复 'Eudora18' 的评论 :

有凡人撑着, 我就偷个懒了哈:)
Fanreninus 回复 悄悄话 回复 'Stegy223' 的评论 : 你不必客气,看来你是那种比较有独立思想的博主,自己亲自去看文献。我同意你对花生咳而渴那双螺旋的看法,我想他们之所以能够发是因为遇上了一个比较开明的编辑,而且他们正好赶上另外的DNA结构的文章在同期发。你可以把你的模型拿到《科学》去试试运气,不过你要做好被大阎砍的准备! :)
说到DNA双螺旋,我以前写个一篇小文,分享一下。
http://blog.wenxuecity.com/myblog/73963/201905/23249.html
Stegy223 回复 悄悄话 回复'Rosaline'的评论:
这阎颜之争确是少见的奇事一桩。蛋白晶体专家与搞生化的/生物物理的...本是共生关系。搞蛋白晶体结构又是是一门比较专门的行当,更少所谓同行是冤家。

天下事无巧不成书 ...
Stegy223 回复 悄悄话 回复'Eudora18'的评论:
凡先生和Fox 先生都是中文科普园地的高产作家。恐怕都会欣然从命的。

这是个已被充分Cover 的故事。是仍感兴趣总体故事呢还是象当下这阎颜之争要深入切磋些细节?devil is in the details.

感觉YouTube上有几个可以看的段子。英文的更原汁原味。还要中文的吗? “Secret Photo 51” by Sheila Lebasnon 55分钟
“DNA Secret of Photo 51” by MrDavenportsCHS. 34分钟

另外
"Photograph 51" by Anna Ziegler NOVA DNA - Secret of Photo 51
Rosaline 回复 悄悄话 Rosalind Franklin 的故事,如果大家联系到目前的文学城里阎润涛的系列博文,我会不禁失笑。

如果我是各位,且不用争论,反复解释回复,否则永远没完没了的。闲暇时间,诊断机场等候时,读一下就行。
Rosaline 回复 悄悄话 我读的是Brenda Maddox 写的“ The Dark Lady of DNA”, 我很喜欢这本书。
Rosaline 回复 悄悄话 To Eudora 18:
几年前,我在雅美之途的博文中, 与雅美先生作过较大篇幅的关于Rosalind Franklin 的讨论。
Eudora18 回复 悄悄话 SwiperTheFox、Fanreninus、Stegy223
如果有时间的话请撰文介绍罗莎琳·爱尔西·富兰克林(Rosalind Elsie Franklin),讲讲她所做的研究:在DNA、病毒与石墨等物质的结构方面所做的贡献。当然,顺便讲讲从“照片51号”到1962年Francis Crick, James Watson, and Maurice Wilkins获得诺贝尔奖的故事。
Stegy223 回复 悄悄话 回复'SwiperTheFox'的评论:

俺沒看到过有Waston-Crick "剽窃了弗兰克林成果”的指责。Nobel奖没有弗兰克林是公认的一个让人遗憾之处。但弗兰克林的老板和Watson-Crick一起拿奖了。诺奖又最多3人。也许不该给她老板!(:-)
SwiperTheFox 回复 悄悄话 回复 'Stegy223' 的评论 :

Waston Crick 没有弗兰克林的晶体结构是撑不起来的.  我认为这个真的是"剽窃了成果"的.

我不知弗兰克林自己怎么想的, 反正人家继续努力, 在烟草花叶病毒上做出了同样杰出的贡献. 有了这个对比, 老阎真的该找个地缝钻了.
Stegy223 回复 悄悄话 回复'Fanreninus'的评论:
前面忘了说一句欢迎文坛7字头凡先生光临寒舍。本来想上门去请的,一是还没来得及,二是怕您说业余人士就别来掺和了。感谢留言指导.
Stegy223 回复 悄悄话 历史不可假设。但咱们在这里就假设一次吧。设想事情发生在今天。Watson-Crick 把他们这一DNA 双螺旋hypothesis/proposal/model 寄到Nature, 编辑一看你俩所说似乎无大错但你俩既无自己的蛋白结构数据又无自己的生化数据,hearsay. 到别处去吧。 听说文学城近来学科学讲科学气氛浓烈,又沒其它地方可去也许Watson-Crick 也过来贴上一把了?
Stegy223 回复 悄悄话 回复'Fanreninus'的评论:
同意可以称为Hypothesis.
另一方面Propose 也可解读为咱也来说一说即hypothesis 一下。

Watson-Crick 提出DNA 双螺旋模型即没有自己的结构更没有自己的biochemical data. 他俩的这个模型是铁丝加纸片(那张经典照片Google一搜就可找到)。
Fanreninus 回复 悄悄话 你这个很creative,但是事实并非这么简单,因为你这最多只能说是一个hypothesis,而科研的目的不仅仅是提出hypothesis,更多的是用实验证实hypothesis,不然大家都可以在家里冥思苦想了。:)
Stegy223 回复 悄悄话 Keyo 2019-07-31 20:23:16 回复 悄悄话 回复 'Stegy223' 的评论 : 不知为何在你那里无法评论,将我的意见贴在这:

有道理,提两点意见:

1. “俗称喇叭口朝外”和“俗称喇叭口朝里”两构相似无比要,去掉这两个构相就会形成一个完整循环。

2.循环应该是顺时针方向。严格一点的话,顺时针方向为长箭头,逆时针方向为短箭头。
Stegy223 回复 悄悄话 “Partly open 与 open 有什么本质区别吗?”

从文献看当人们用Outward open,Inward open 时实指 fully open. Partly open 又与partly occluded 混着用。至于本质区别得看在谈什么。 二者是个度的差别。但如想用partly open 结构做computational modeling 去得到另一蛋白的fully open 结构就不合适了。另一方面也许在特定条件下动力学实验真能测到partly open 这一中间状态。
SwiperTheFox 回复 悄悄话 写的真不错, 这么短的时间掌握这么多要点, 不容易。

你不提我也没注意到,Partly open 与 open 有什么本质区别吗?
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