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摘要Band 3，又被称为阴离子交换器 1 (Anion exchanger 1，AE1)，是溶质载体家族(Solute carrier family，SLC) 成员之一，主要负责碳酸氢根和氯离子在红细胞质膜内的交换，是维持人体有效呼吸过程不可缺少的跨膜蛋白之一。近年来，随着冷冻电镜等高分辨技术的应用，Band 3 的结构和功能的实验研究取得了重大进展。研究表明， Band 3 进行阴离子输运最可能的结合位点位于跨膜 (Transmembrane，TM) 10 号螺旋上的残基 R730。然而，红细胞膜内的脂质分子，尤其是胆固醇分子 (Cholesterol， CHOL)，对 Band 3 与碳酸氢根离子的结合有什么影响，仍然知之甚少。因此，从分子层次上弄清楚Band 3 与碳酸氢根离子结合的分子细节以及胆固醇影响 Band 3 与碳酸氢根离子结合的微观机制就显得非常重要。<br>　　本文采用全原子分子动力学模拟，系统地研究了红细胞膜上 Band 3 蛋白和碳酸氢根离子的相互作用。我们选取了真实红细胞中的三种典型脂质类型，包括饱和脂质分子、不饱和脂质分子和胆固醇。在微秒尺度上重点研究了 Band 3 蛋白和碳酸氢根离子结合过程中发挥作用的关键残基以及胆固醇对碳酸氢根离子结合的影响。并利用伞形采样算法计算了不同胆固醇浓度的脂质双层膜系统中特定碳酸氢根离子和 Band 3 蛋白的结合自由能。首先，在 30.0 mol% CHOL 的脂质双层膜系统中，探究了碳酸氢根离子与Band 3残基的相互作用以及最可能的结合位点。其次，在36.4 mol% CHOL和41.7 mol% CHOL 的脂质双层膜系统中,进一步确认了碳酸氢根离子结合的关键残基以及胆固醇对碳酸氢根离子结合的影响。通过计算三种不同胆固醇浓度的脂质双层膜系统的碳酸氢根离子和 Band 3 的接触频率，Band 3 空腔内水分子数目，构成中心空腔的关键螺旋的均方根偏差等从分子角度较为具体的揭示了碳酸氢根离子结合的关键位点以及胆固醇对碳酸氢根离子结合影响的分子细节。研究结果主要包括以下两个方面：<br>　　首先，在 30.0 mol% CHOL 的脂质双层膜系统中，碳酸氢根离子主要与螺旋 TM5上的F532、E535、K539以及螺旋TM10上的R730频繁接触。特别的是，在结合的全过程都与R730持续稳定接触，表明R730是碳酸氢根离子最可能的结合位点。<br>　　其次，我们在 36.4 mol% CHOL 和 41.7 mol% CHOL 的脂质双层膜系统中，通过分析碳酸氢根离子和 Band 3 的接触频率，进一步验证了 R730 是碳酸氢根离子的结合位点以及其他关键残基在结合过程中的协同作用。最后，通过分析在不同胆固醇浓度下碳酸氢根离子与 Band 3 相互作用的动力学，并计算碳酸氢根离子与 Band 3 的结合自由能，结果表明，胆固醇通过影响 Band 3 的构象稳定性和挤压 Band 3 空腔,进而影响碳酸氢根离子与 Band 3 的结合，适宜胆固醇浓度的脂质双层膜为碳酸氢根离子结合提供最稳定的条件。<br>　　这些发现为了解 Band 3 和碳酸氢根离子结合以及胆固醇对碳酸氢根离子结合影响的微观机制提供了一些见解，并有助于进一步理解 Band 3 的阴离子交换。