2023年9月27日，清华大学医学院颜宁教授领导的研究团队联合生命学院王佳伟博士和龚海鹏博士，在国际顶级期刊《自然》在线发表了关于大肠杆菌岩藻糖（L-fucose）转运蛋白FucP结构与功能的最新研究成果。

FucP属于主要促进子超家族（Major Facilitator Superfamily, MFS）转运蛋白，这一超家族成员超过一万种，广泛存在于各类生物体内，参与营养物质和代谢产物的跨膜转运、细菌抗药性及神经信号传导等多种重要生理过程。尽管MFS转运蛋白功能关键，但迄今为止仅有三种蛋白的结构被解析，且仅观察到向胞内开放及两端封闭的构象。科学界长期期待获得向胞外开放构象的结构以验证MFS转运蛋白的基本转运机制。

为深入理解MFS蛋白的工作机理，颜宁团队选择了糖类转运蛋白代表FucP作为研究对象。FucP是一种依赖质子梯度的同向共转运蛋白，具有高度底物特异性。两位本科生党尚宇和孙林峰自大三暑假起参与该蛋白的结构与功能研究，经过一年半的努力，终于于2009年秋季获得了FucP在3.1埃分辨率下的晶体结构。

该结构首次揭示了FucP处于向胞外开放的构象，首次实验证明了MFS家族转运蛋白通过两个互变构象完成底物转运的假说。结构显示FucP由N端和C端两个结构域组成，转运通道清晰可见。值得注意的是，N端结构域面向转运通道的一侧带有负电荷，而C端结构域则表现出疏水性及正电性表面特征。

获得蛋白结构后，在黄永鉴等同学的协助下，团队又进行了近半年的生物化学实验，确定了在底物识别、转运及质子传递偶联过程中起关键作用的残基D46和E135。研究发现，FucP与同属MFS的乳糖转运蛋白LacY在质子传递机制上存在显著差异，提供了理解MFS家族多样性功能的新视角。

膜蛋白结构生物学是结构生物学领域的难点和重点。自1985年首个膜蛋白结构解析以来，虽然生物大分子结构数据库中已收录近7万个结构，但膜蛋白结构仅占其中不到700个，新型膜蛋白结构更少于250个，显示出膜蛋白结构解析的巨大挑战。

清华大学结构生物学中心在过去两年内相继报道了3种新型膜蛋白的4个晶体结构，均发表于《自然》和《科学》等国际顶级期刊，彰显了我国在膜蛋白结构生物学领域的创新实力和国际影响力。