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转运大肠杆菌膜蛋白UraA和AdiC结构和转运机制科技

收藏本文 2024-02-09 点赞:7382 浏览:23471 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:协同运输转运蛋白利用离子浓度梯度提供的势能将底物转运到细胞内部。它们在细胞的一侧结合底物,经过构象变化将底物转运进入细胞。协同运输转运蛋白包括同向转运蛋白和反向转运蛋白。大肠杆菌的UraA蛋白是质子和尿嘧啶的同向转运蛋白,AdiC蛋白是精氨酸和胍基丁胺的反向转运蛋白。UraA蛋白属于NAT/NCS2家族,负责同向转运质子和尿嘧啶进入大肠杆菌。人的维生素C转运蛋白SVCT1和SVCT2,以及哺乳动物的尿嘧啶转运蛋白SNBT1也属于这一家族。为了进一步了解UraA和NAT/NCS2家族的工作机制,我们对UraA的三维晶体结构进行了剖析。我们得到的分辨率为2.8的UraA结构一共有14次穿膜区域。与其他已知结构的转运蛋白比对和对Dap数据库检索结果显示,Ura的三维结构是一种全新的折叠方式。UraA结构呈现底物尿嘧啶结合的向内开口的构象。UraA结构中的TM3和TM10的穿膜区域上有一段反向平行的β-折叠片结构,这段结构对于底物尿嘧啶的结合和转运有着重要的作用。这也是在转运蛋白中首次报道了β-折叠的有着。接下来,我们对UraA进行了一系列的生化实验探讨,验证了转运历程中的重要氨基酸的作用。此外,通过浅析分子内部的相互作用,我们将UraA的分为核心结构域和门控结构域,在转运的历程中核心结构域主要负责结合底物,而门控结构域负责整个蛋白构象的变化。这些结构和生化的实验使我们对UraA转运机制的了解有了很大的提升,为整个NAT/NCS2家族的结构以及转运机制的阐明奠定了基础。本论文中另外一个反向转运蛋白AdiC属于APC超家族,负责将大肠杆菌胞外的精氨酸运输进入胞内,同时将胍基丁胺运至胞外。AdiC是毒性菌株大肠杆菌的抗酸系统的重要组成成员。我们剖析了3.6的AdiC的向外开口构象的无底物结合的三维晶体结构,属于LeuT折叠方式。接下来,我们对AdiC蛋白进行了生化探讨,以而找到了底物转运历程中起重要作用的氨基酸。经过同组其他成员的努力,我们又剖析了N22A突变体AdiC结构,这个结构为精氨酸结合的闭合中间态的构象。综合这两个构象的结构和一系列生化试验,我们确定了AdiC底物精氨酸的结合位点,以及两种底物的转运途径,为整个转运循环通路提供了重要的结构和生化基础。关键词:同向转运蛋白论文反向转运蛋白论文UraA论文AdiC论文结构与功能论文

    摘要4-5

    Abstract5-10

    第1章 引言10-53

    1.1 协同运输转运蛋白的分类与结构探讨10-26

    1.1.1 协同运输转运蛋白的分类10-11

    1.1.2 协同运输转运蛋白的结构探讨11-26

    1.2 NCS2 家族及 UraA26-39

    1.2.1 NAT 家族26-35

    1.2.2 UraA 蛋白的探讨35-39

    1.3 AdiC 及 APC 超家族39-50

    1.3.1 APC 超家族39-41

    1.3.2 大肠杆菌抗酸系统41-45

    1.3.3 AdiC 的基因调控及功能探讨45-48

    1.3.4 AdiC 的结构生物学探讨48-50

    1.4 本论文的探讨目的与内容50-53

    1.4.1 UraA 结构和功能探讨的目的与内容50-52

    1.4.2 AdiC 结构和功能探讨的目的与内容52-53

    第2章 UraA 结构与功能的探讨53-90

    2.1 引言53-54

    2.2 材料与策略54-66

    2.2.1 材料54

    2.2.2 表达载体的构建54-55

    2.2.3 UraA 的表达与纯化55-58

    2.2.4 膜蛋白结晶条件的筛选与优化58-60

    2.2.5 重原子晶体的筛选和优化60-61

    2.2.6 SPA 实验61-63

    2.2.7 细胞实验63-66

    2.2.8 ATR - FTIR66

    2.3 结果与讨论66-90

    2.3.1 UraA 晶体的生长和结构剖析66-70

    2.3.2 UraA 结构浅析70-80

    2.3.3 UraA 的功能探讨80-87

    2.3.4 结构构象浅析及转运模型的提出87-90

    第3章 AdiC 结构与功能的探讨90-116

    3.1 引言90

    3.2 材料与策略90-95

    3.2.1 材料90-91

    3.2.2 表达载体的构建91

    3.2.3 AdiC 的表达与纯化91

    3.2.4 硒代甲硫氨酸蛋白的制备91-92

    3.2.5 AdiC 结晶条件的筛选与优化92-93

    3.2.6 数据的收集和结构的剖析93

    3.2.7 ITC 实验测定 AdiC 与底物的结合能力93

    3.2.8 脂质体实验93-95

    3.3 结果与讨论95-116

    3.3.1 AdiC 蛋白的纯化结果95-96

    3.3.2 AdiC 结构的剖析96-98

    3.3.3 AdiC 结构浅析98-108

    3.3.4 AdiC 功能的探讨108-111

    3.3.5 AdiC 与底物胍基丁胺复合体的结构剖析111-113

    3.3.6 结构构象浅析及转运模型的提出113-116

    第4章 论文总结116-119

    4.1 论文总结116-117

    4.1.1 UraA 部分论文的总结116-117

    4.1.2 AdiC 部分论文的总结117

    4.2 工作中待解决的不足117-118

    4.2.1 UraA 蛋白待解决的不足117

    4.2.2 AdiC 蛋白待解决的不足117-118

    4.3 前景与展望118-119

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