机体的生存需要细胞从环境中源源不断地摄取所需要的营养物质,同时排出代谢产物和废物,使细胞保持动态的平衡,这对维持细胞的生命活动乃至机体的健康极为重要。传统意义上,物质进出细胞主要通过两种方式,一种是顺浓度梯度方向的被动运输,例如一些离子或小分子通过简单的扩散进出细胞。另一种是物质逆浓度梯度的跨细胞膜运输,我们称之为主动运输。主动运输需要消耗能量并借由跨膜蛋白的帮助进行转运。由于这些蛋白涉及人体的多项生理机制,它们成为了人们争相研究的课题。ABC运载体是目前已知数量最大且种类最多的运载体蛋白家族之一,在生物体中发挥着的重要作用。它们能够利用自身的两个核苷结合结构域催化ATP水解,水解释放的能量则被用来推动底物分子的跨膜转运。按照转运的方向,ABC运载体家族可以分为输入体和输出体两类蛋白。其中输入体能够帮助生物吸收各种养分,包括分子量较小的糖类、氨基酸和肽段,以及金属、阴离子和维生素B12等。按照ABC输入体的一般机制,输入体需要在转运底物过程中发生大幅度的构象变化,通过两个核苷结合结构域的相对开合运动,推动转运的进行。甲硫氨酸输入体蛋白MetNI是ABC运载体家族中的一员,它能够特异性地识别并输入甲硫氨酸。MetNI的转运活性受到多方面的调节,其中一种重要的机制就是转运抑制(trans-inhibition)。它发生在蛋白质水平上,主要表现为被转运的底物对运载体蛋白的转运活性施以反馈作用,减缓甚至抑制底物的进一步转运。对运载体蛋白MetNI来说,它会通过C2结构域,对细胞内部过量的甲硫氨酸发生响应,继而抑制自身的转运活性,显著降低甲硫氨酸的转运速度,以免其在体内过量积累。虽然MetNI的分子结构已经被解析出来,但转运抑制究竟如何发生,转运抑制与蛋白的大幅度构象变化究竟有何关联,这些问题至今没有得到解答。计算模拟在研究大分子蛋白质构象方面具有独特的优势。以分子动力学为例,它能够跟踪每个原子的详细运动在任意时刻的精确位置,高精度地描述蛋白质的构象变化过程和动力学行为。本文中,我们以甲硫氨酸输入体MetNI为模型,通过分子动力学计算模拟对转运抑制现象的分子机制进行了探究。结果发现,甲硫氨酸对于MetNI的两个核苷结合域的开合运动具有显著的变构调控作用。它能够改变核苷结合域的动力学行为,增大其构象柔性,使其远离具有ATP酶活性的关闭状态,从而抑制蛋白的ATP水解活性和转运活性。我们尝试从不同角度解析了这一变构效应的分子机制,发现处于β2-β3转角附近区域的构象变化以及linker与NBD之间、linker与C2之间的相对运动在传导变构效应的过程中起到了重要作用。这一工作将为转运抑制机理的研究提供例证,也会加深我们对ABC运载体家族的活性调控机制的理解和认识。