水通道蛋白 -0 功能背后的原子级机制
生物大分子
2013-04-23 v1
摘要
迄今为止，蛋白质数据库 (Protein Data Bank) 已报道了超过 82,000 个蛋白质结构，但即使对于一种蛋白质，驱动其功能并使其发挥作用的驱动力和结构尚未在原子水平上得到阐明。我们已能够阐明驱动水通道蛋白 0 (AQP0) 孔道静电开放的亚基间疏水相互作用。水通道蛋白是存在于动物、植物和微生物中用于水和小型非离子溶质通过的膜通道。水通道蛋白的结构具有高度同源性，由同源四聚体组成，每个单体拥有一个作为水通道的孔道。每个孔道有两个狭窄部分：一个是由芳香族残基和精氨酸 (ar/R) 组成的最窄收缩区，另一个是两个天冬酰胺 - 脯氨酸 - 丙氨酸 (NPA) 同源部分。在此，我们展示了 AQP0 中的亚基间疏水相互作用驱动由四个氨基酸组成的棒状部分朝向孔道，且该棒状部分顶端（由一个氮原子组成）打开孔道：这一运动即为摆动机制 (swing mechanism)。参与摆动机制的氨基酸的能量学和构象变化证实了这一观点。四聚体中亚基间疏水相互作用驱动孔道开关的摆动机制解释了为何水通道蛋白由四聚体组成。在此，我们报告了使用各种突变体进行的实验和分子动力学发现支持这一关于摆动机制的观点。AQP2 中对应于摆动机制棒状部分的氨基酸突变体导致严重的隐性肾性尿崩症 (NDI)，这一发现证明了摆动机制对水通道蛋白功能的关键作用。我们首次报道了水通道蛋白 0 中的亚基间疏水相互作用在原子水平上驱动水通道蛋白孔道的静电开放。
引用
@article{arxiv.1304.5898,
title = {The atomic-level mechanism underlying the functionality of aquaporin-0},
author = {Atsushi Suenaga and Takehiko Ogura and Makoto Taiji1 and Akira Toyama and Hideo Takeuchi and Mingyu Son and Kazuyoshi Takayama and Masatoshi Iwamoto and Ikuro Sato and Jay Z. Yeh and Toshio Narahashi and Haruaki Nakaya and Akihiko Konagaya and Kunihiko Goto},
journal= {arXiv preprint arXiv:1304.5898},
year = {2013}
}
备注
11 pages, 7 figures, 1 video (http://www.apph.tohoku-gakuin.ac.jp/iwamoto/video_S1.gif)