生命的化学2007年27卷3期·208·●MiniReviewsCHEMISTRYOFLIFE2007，27(3)文章编号：1000—1336(2007)03—0208—03ABC转运蛋白的结构与转运机制王华丙张振义包锐陈宇星(同济大学生命科学与技术学院蛋白质研究所，上海200092)摘要：腺苷三磷酸结合盒转运蛋I~I(ATP—bindingcassettetransporter，ABC转运蛋白)超家族是一组跨膜蛋白，具有ATP结合区域的单向底物转运泵，以主动转运方式完成多种分子的跨膜转运。ABC转运蛋白的一个亚家族与多药抗性(multidrugresistance，MDR)有关，而多药抗性是临床肿瘤化疗中需要解决的主要问题，所以其结构与转运机制一直是研究的热点。最近几年获得了一些高分辨率的ABC转运蛋白的晶体结构，该文将根据ABC转运蛋白的结构的研究进展对其可能的转运机制进行讨论。关键词：ABC转运蛋白；跨膜转运；膜蛋白晶体结构；转运机制；多药抗性中图分类号：Q7l腺苷三磷酸结合盒转运蛋~(ATP—bindingcassette成，也存在由10个、17个、19个0c螺旋组成的跨膜transporters，ABC转运蛋白)由于含有一个腺苷三磷酸结构域⋯。它们形成一个跨膜通道以实现底物分子的(ATP)的结合盒(ATP—bindingcassette，ABC)而得名。跨膜运输，同时还参与底物的识别过程。核苷酸结合ABC转运蛋白是膜整合蛋白，它利用水解ATP的能域位于胞质，结合和水解ATP。有的亚家族，比如量对溶质中各种生物分子进行跨膜转运，其转运的底CUT1和MOT1，还有2个C端附加结构域，可能参与物包括：糖、氨基酸、金属离子、多肽、蛋白质、细调节二聚体的形成及解聚。还有一些ABC转运蛋白具胞代谢产物和药物等。ABC转运蛋白广泛存在于真核有膜外结合蛋白，其作用是识别底物并呈送给TMD。和原核生物中，目前已知人类基因组中有48个ABC1．1核苷酸结合域的结构在核苷酸结合域内有一个转运蛋白超家族成员。在大肠杆菌K—l2基因组中，至长约200个氨基酸的非常保守的片段，包含了3个模少有80个编码ABC转运蛋白，约占基因组的5％。ABC体(motif)，分别为WalkerA模体(P—loop)、WalkerB转运蛋白参与生物的各种生理功能，诸如维持细胞内模体和WalkerC模体，后者位于前2个模序中间。其外的渗透压平衡、抗原呈递、细胞分化、细菌免疫，胆中WalkerA和B模体是所有的核苷酸结合蛋白所共固醇及脂质的运输等等。其突变导致胆囊纤维样变性、有的，而WalkerC模体是ABC转运蛋白的特征性模高密度脂蛋白缺乏症等遗传性疾病。人类ABC转运蛋体。这3个模体的序列都十分保守，WalkerA模体的白P型糖蛋白(P-gp)的过量表达与癌症治疗和微生物感特征氨基酸残基序列为G—X—X—G-X—G—K—S／T，WalkerB染治疗中广泛存在的多药抗性密切相关，因此对其转模体为一西．一．D(是疏水性氨基酸残基)，而运机制的研究是结构生物学和生物化学关注的热点。WalkerC模体则为L．S．G．G．Q。在ABC超家族中不1．ABC转运蛋白的结构同亚家族成员之间这200个氨基酸片段的保守性高达ABC转运蛋白的核心结构通常由4个结构域组30％～40％。NBD结构域可进一步分为2个亚结构域，成，包括2个高度疏水的跨膜结构域(transmembraneATP结合核心亚结构域和螺旋亚结构域，后者和ATPdomain，TMD)和2个核苷酸结合域(nucleotide—binding水解偶联底物跨膜转运相关[2】。domian，NBD)。每一跨膜结构域一般由6个0c螺旋构在NBD中还有几个环(1oop)区非常保守。其中Q．环连接ATP结合核心亚结构域和0c螺旋亚结构域[31，它收稿日期：2007—01·18和ATP的丫磷酸相结合。D．环由6个保守氨基酸残基国家基金委海外青年学者合作研究基金(No．30628006)作者简介：王华丙(1981一)，男，硕士生，E—mail：组成，它们是参与催化反应的关键氨基酸，其构象变specialofwind@yahoo．com．on；张振义(1985·)，男，硕士生，E—mail：化关系到ATP是否水解但1。而H．环则把催化水解所需zhangziyun198511@sina．tom；包锐(1981-)，男，博士生，E—mail：要的各个氨基酸残基、水分子和镁离子连接起来，形Baorui_ren@hotmail．com；陈字星(1966·)，女，博士，教授，博士生导师，E—mail：cyx@mail．to