タンパク質ジスルフィド結合導入酵素における電子伝達制御機構

蛋白质二硫键引入酶中的电子传递控制机制

基本信息

批准号：
06J03077
负责人：
高橋洋平
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

タンパク質にジスルフィド架橋を導入する仕組みについて、化学機構とその立体構造にもとづく作動原理を解明した。ジスルフィド結合形成が、細胞で効率よく起こるためには特異的な装置による助けが必要である。大腸菌のDsbAは、直接基質タンパク質のシステインペアを酸化する可溶性ペリプラズム酵素である。我々は以前に、呼吸鎖成分がDsbB機能に必須であることを発見し、BardwellらはユビキノンがDsbBを直接活性化することを示した。我々はキノンはDsbBのCys41-Cys44ペアを特異的に強く酸化すること、DsbBに結合したキノンが電子状態の遷移をおこし、ピンク色(λmax=500nm、ユビキノンの場合)あるいはすみれ色(λmax=550nm、メナキノンの場合)に発色することを発見した。この現象は、DsbBによるDsbA酸化反応中に一過的にみられ、Cys44が還元・チオレート状態となることが原因である。理論化学シミュレーションの結果、Cys44チオレートとユビキノンが電荷移動錯体を形成し、DsbBのArg48の正電荷によって安定化されていることが示され、さらにCys44とユビキノン間に共有結合・付加生成物が生じることも予測された。結晶構造解析により、Cys41,Cys44,Arg48の近傍にユビキノンのキノン環が配置された「ジスルフィド結合創生の反応中心」を同定した。Cys44-キノン電荷移動錯体・付加生成物がCys41による求核攻撃を誘起することによって、Cys41-Cys44ジスルフィド結合が創生されるとの化学メカニズムが強く示唆される。

基于三维结构的蛋白质引入二硫桥机制，我们阐明了其化学机制和工作原理。为了在细胞中有效地形成二硫键，需要特定设备的帮助。大肠杆菌的DsbA是一种可溶性周质酶，可直接氧化底物蛋白中的半胱氨酸对。我们之前发现呼吸链成分对于 DsbB 功能至关重要，Bardwell 等人表明泛醌直接激活 DsbB。我们发现醌特异性地强烈氧化 DsbB 的 Cys41-Cys44 对，并且与 DsbB 结合的醌引起电子态转变，导致粉红色（对于泛醌而言，λmax = 500 nm）或紫色（λmax = 550 nm，在甲基萘醌的情况下），发现产生颜色。这种现象是在 DsbB 的 DsbA 氧化反应过程中短暂观察到的，是由 Cys44 被还原和硫醇化引起的。理论化学模拟结果表明，Cys44硫醇盐和泛醌形成电荷转移复合物，该复合物被DsbB的Arg48的正电荷稳定，并且还预测Cys44和泛醌之间形成共价键/加成产物。通过晶体结构分析，我们确定了泛醌的醌环位于Cys41、Cys44和Arg48附近的“二硫键形成反应中心”。化学机制强烈表明Cys41-Cys44二硫键是由Cys44-醌电荷转移复合物/加成产物诱导Cys41的亲核攻击产生的。