基于分子动力学模拟的莱茵衣藻跨膜蛋白硫酸盐通透酶突变体促进生物制氢机制研究

研究人员针对化石燃料枯竭问题，通过分子动力学模拟技术探究了莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中硫酸盐通透酶(SulP)突变对生物制氢的调控作用。利用PredictSNP等工具筛选SULP1基因突变体，采用CHARMM-GUI构建膜蛋白体系，通过200 ns分子模拟(RMSD/RMSF分析)发现突变体结合自由能(MMPBSA:-34.080 kJ/mol)显著优于野生型，为跨膜蛋白工程改造提升生物能源产出提供新思路。

　　

化石燃料的快速消耗正推动清洁能源的探索，氢能因其高热值且仅产生水的特性成为焦点。虽然传统技术经济评估尚未完全支持生物制氢产业化，但莱茵衣藻等微生物的产氢系统仍展现出独特环保优势。有趣的是，近期研究发现硫酸盐通透酶(SulP)活性降低能显著提升产氢效率。

研究团队运用生物信息学工具PredictSNP和I-Mutant 2.0对SULP1基因进行突变预测，通过分子对接比较野生型与突变体硫酸盐通透酶与抑制剂的相互作用。针对这个跨膜蛋白的特殊性，采用CHARMM-GUI膜构建器完成脂质双分子层组装和溶剂平衡，并运用谐波约束维持蛋白初始构象。

在GROMACS v.2016平台上进行的200纳秒分子动力学模拟中，通过RMSD（均方根偏差）、RMSF（均方根涨落）以及氢键网络等参数分析发现：突变体与配体的结合自由能(MMPBSA:-34.080±10.837 kJ/mol)较野生型(-29.392±11.753 kJ/mol)显著改善，回转半径(Rg)和溶剂可及表面积(SASA)等指标也证实了突变引发的结构优化。这些发现为通过跨膜蛋白理性设计提升微生物产氢效率提供了分子层面的理论依据。