20S 蛋白酶体是真核细胞中负责蛋白质降解的核心分子机器，由四个堆叠的七元环（αββα）组成，形成中空的桶状结构。蛋白质底物必须穿过位于 α 环中央的狭窄孔道（直径约 1.3 nm），才能进入内部 β 环的催化腔室被降解。这一”底物转运-去折叠-降解”过程对细胞蛋白质稳态（proteostasis）至关重要，与神经退行性疾病、肿瘤免疫与衰老密切相关。
由于转运过程中底物处于高度动态的非平衡状态，传统结构生物学难以捕获完整过程。分子模拟可在原子分辨率下追踪底物从进入 α 孔道到抵达催化腔室的完整路径，揭示孔道内残基如何引导底物、去折叠如何发生、以及催化腔室如何容纳底物。
20S 核心颗粒由 14 个不同亚基组成（α₁₋₇、β₁₋₇），其中 β1、β2、β5 亚基具有催化活性（类胱天蛋白酶、类胰蛋白酶、类胰凝乳蛋白酶活性）。α 环上的”门控”残基（如 RPT 的 RING 域或 α 亚基 N 端）调控孔道开放。底物以未折叠或部分折叠状态进入孔道。
底物转运由两方面的力驱动：(1) 催化腔室内部的”锚定-拉拽”机制——孔道内壁带芳香与极性残基，通过疏水与氢键作用”抓住”底物链并逐步拉入；(2) 外部 ATP 酶（19S 调节颗粒）提供的机械解折叠力。本模拟聚焦 20S 核心颗粒内的被动转运过程，即底物肽链在孔道中的穿行。
全原子模拟整个 20S 复合物（约 4 万个残基）成本过高，通常采用”聚焦模拟”策略：取完整 20S 结构，对底物穿行区域进行高精度模拟；或用粗粒化模型模拟整个转运过程。本案例采用将底物肽段（15-mer）置于 α 孔道入口，模拟其逐步进入催化腔室的过程，监测底物前端与活性位点的距离。
图 13 的左面板给出 20S 蛋白酶体的剖面示意（灰色桶状结构），标注 α 环入口孔道（顶部开口）与 β 环催化腔室（中部深色区），红色箭头指示底物（橙色链）的转运方向。底物肽段从 α 孔道进入，穿过狭窄通道向催化腔室前进。该示意图直观展示了”底物如何进入蛋白酶体”的空间路径，将抽象的分子机器结构可视化。
图 13 的右面板给出底物最前端残基到 β 催化活性位点的距离随时间的变化（蓝色曲线）。模拟初始时刻（0 ns）底物前端距活性位点约 38 Å（位于 α 孔道入口），随着模拟推进，距离单调下降：约 50 ns 时到达 25 Å（穿过 α 环门控），约 120 ns 时到达 15 Å（进入 β 环），最终在 200 ns 时到达约 8 Å（红色虚线标注），底物已深入催化腔室，接近活性位点，为后续水解做好准备。曲线呈”阶梯式”下降，反映底物在孔道内被残基”分步捕获”的穿行机制——每一次短暂停留对应底物与孔道内壁残基形成瞬态相互作用。
两面板结合，左面板给出转运的空间路径，右面板给出转运的时间过程与动力学机制，共同构成底物穿行 20S 蛋白酶体的完整分子图景，支持”孔道内壁残基引导底物分步进入催化腔室”的转运模型。
本项目模拟了底物肽段穿越 20S 蛋白酶体孔道的过程，底物在 200 ns 内从 α 入口（距活性位点 38 Å）行进至催化腔室（约 8 Å），呈阶梯式穿行机制。案例图以剖面示意图与距离-时间曲线双面板呈现。
后续可拓展：(1) 模拟完整 19S-20S 复合物，研究 ATP 驱动的主动转运与去折叠偶联；(2) 研究泛素链识别与去泛素化过程；(3) 模拟抑制剂（如硼替佐米）与活性位点的结合，辅助抗癌药物设计。
