アミド結合の形成を触媒するリガーゼ酵素の立体構造と反応の制御

催化酰胺键形成的连接酶的三维结构和反应的控制

• 批准号: 08272211
• 负责人: 西岡 孝明
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08272211/
• 关键词: 立体構造; 構造類似性; リガーゼ; 3D‐アラインメント; ATP結合ドメイン; グルタチオン合成酵素; フォールド; ATP結合蛋白質

蛋白質の立体構造は、安定に存在するという物理学的な制約と、生命の維持に必要な機能を発現するという機能的な制約との2つがお互いにおりあいをつけた結果と考えられる。この2つのうち機能的な制約がどのようなものであるかを明らかにすることは、蛋白質の分子進化の研究や新規な機能を発現する蛋白質のデザインなどに重要な手掛かりをあたえるものと期待される。本研究課題では、ATPを反応に利用するという機能的な制約が蛋白質のフォールドにどのように反映しているのかを明らかにすることを目的として、蛋白質の立体構造比較をおこなった。比較の基準としてグルタチオン合成酵素(GSHase)を選んだ。構造の比較と類似性の抽出は、PDBに登録されている292種類の蛋白質を対象にして、2次構造要素の空間配置の類似性を調べるアルゴリズムCOSEC(Mizuguchi & Go,1995)を用いておこなった。その結果、GSHaseと高い立体構造の類似性を示したのは、D‐Ala:D‐Ala ligase,succinyl‐Coa synthetase,acetyl‐CoA synthetase biotin carboxylate subunit,pyruvate phosphate dikinase の4酵素のATP結合領域であった。これら5つの酵素は基質の化学構造と触媒反応機構が似ており、同じ機能を備えている。また、これら5つの立体構造を重ね合わせた(3D‐alignment)ところ、対応する2次構造の長さやアミノ酸残基は異なっているものの、各酵素における保存残基の極性や溶媒接触面積、水素結合形成のモードが極めてよく対応していた。これは、触媒機能が立体構造(形)とアミノ酸残基に制約を与えていることを示している。

蛋白质的三维结构被认为是稳定存在的物理约束与表达维持生命所需功能的功能约束之间平衡的结果。阐明这两种类型的功能限制有望为研究蛋白质的分子进化和表达新功能的蛋白质的设计提供重要线索。在本研究项目中，我们比较了蛋白质的三维结构，旨在阐明利用 ATP 进行反应的功能限制如何反映在蛋白质折叠中。选择谷胱甘肽合酶（GSHase）作为比较标准。使用 COSEC 算法（Mizuguchi & Go，1995）进行结构比较和相似性提取，该算法使用 PDB 中注册的 292 种蛋白质检查二级结构元素空间排列的相似性。结果，与GSHase表现出高度构象相似性的四种酶的ATP结合区是D-Ala:D-Ala连接酶、琥珀酰辅酶A合成酶、乙酰辅酶A合成酶生物素羧酸亚基和丙酮酸磷酸二激酶。这五种酶具有相似的底物化学结构和催化反应机制，具有相同的功能。此外，当这五个三维结构叠加（3D-alignment）时，发现虽然相应二级结构的长度和氨基酸残基不同，但保守残基的极性、溶剂接触面积和氢键每种酶的形成模式都非常吻合。这表明催化功能对三维结构（形状）和氨基酸残基施加了限制。

项目成果

Matsuda他: "Crystal structure of glutathione synthetase at optimal pH : domain architecture and structural similarity with other proteins" Protein Engineering. 9・12. 1083‐1092 (1996)

Matsuda 等人：“最佳 pH 下谷胱甘肽合成酶的晶体结构：结构域结构和与其他蛋白质的结构相似性”蛋白质工程 9·12 1083‐1092 (1996)。