来自清华大学的研究人员在新研究中解析了，转运蛋白AdiC 介导pH依赖性底物转运的分子机制。相关论文“Molecular mechanism of pH-dependent substrate transport by an arginine-agmatine antiporter”发表在8月18日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

清华大学的施一公(Yigong Shi)教授是这篇论文的通讯作者。施一公研究组主要致力于运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞凋亡的分子机制，集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究、重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究、胞内生物大分子机器的结构与功能研究。回国后这6年里，施一公在Nature等国际顶级期刊上发表了多篇论文，同时他也搭建起了以清华大学为中心的人才引入桥梁。去年当选为中科院院士。

诸如大肠杆菌、沙门氏菌和鼠疫杆菌一类的肠致病菌，都是依赖于复杂的耐酸性系统(acid-resistance systems, ARs)在胃极端酸性的环境中生存。在三种已知的ARs中，AR2和AR3的分子机制得到了更深入地解析。在大肠杆菌中，AR2和AR3各自利用两个分子元件：一个嵌入膜中的氨基酸反向转运蛋白(antiporter)和一个胞质脱羧酶来排出细胞内的质子。

AR3包含有一个氨基酸反向转运蛋白AdiC ，负责胞外L-精氨酸(Arg)与胞内胍基丁胺(Agm)的交换。一个精氨酸脱羧酶AdiA，通过移除Argα-羧酸基团上的一个二氧化碳分子将Arg转换为Agm。与AR3相似，AR2包含有一个反向转运蛋白GadC，负责细胞外L-谷氨酸(Glu)与细胞内γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid ，GABA)的交换。两个Glu脱羧酶GadA和GadB将Glu转变为GABA。AR2或AR3每一次转运和脱羧循环都可以将细胞质中的一个质子排出至细胞外环境中，由此提高细胞内pH，促进细菌在酸性环境下存活。

氨基酸反向转运蛋白AdiC或GadC的转运活性都严格地依赖于pH值。两种转运蛋白都只在pH值6.0或以下时显示强大的转运活性。在中性或更高的pH值下，AdiC或GadC均没有显著的转运活性。尽管当前研究人员已获得了一些关于AdiC的结构信息，对于AdiC感知酸性pH的分子机制却仍不完全清楚。

在这篇文章中，研究人员借助于丙氨酸扫描诱变(alanine-scanning mutagenesis)和体外基于蛋白脂质体的转运分析技术，确定了Tyr74是AdiC中一个至关重要的pH感应器。他们证实AdiC变异体体Y74A在所有检测的pH值上均显示强大的转运活性，并维持了对Arg:Agm严格的底物特异性。用苯丙氨酸(Phe)而非其他的氨基酸来替代Tyr74，可以维持pH依赖性的底物转运。

结合这些观测结果与结构信心，研究人员确定了pH诱导AdiC激活的运作模型：质子之间的阳离子–π相互作用以及Tyr74的芳香族侧链打破了AdiC封闭的构象，使得AdiC能够感知pH值。鉴别出这一pH感应器以及pH感应机制将推动理解细菌的pH依赖性耐酸机制。