Ultrafast Time-Resolved Crystallography on Scapharca Hb
Scapharca Hb 的超快时间分辨晶体学
基本信息
- 批准号:6998970
- 负责人:
- 金额:$ 25.79万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2004
- 资助国家:美国
- 起止时间:2004-01-01 至 2007-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
DESCRIPTION (provided by applicant): In order to be biologically useful, protein molecules rely on structural transitions to carry out their function. Despite their importance, it is usually difficult to follow such conformational rearrangements as they occur. Recent advances in time-resolved crystallography have extended its capability into the nanosecond (ns) time ranges required to observe such structural transitions in real time. We will apply time-resolved crystallographic techniques to a cooperative dimeric hemoglobin from Scapharca inaequivalvis that has proven to be an excellent model system for studying allosteric protein behavior. This protein is exceptionally well suited for such an analysis due to properties that include the ability to observe cooperative ligand binding behavior within the crystalline state and the diffracting power of its crystals. We propose to use this technique to investigate structural changes induced by ligand photo-dissociation. Structural changes will be triggered by short (10 ns) laser pulses and probed by 150 picosecond (ps) to 15ns X-ray pulses. This type of experiment can be successfully conducted at third generation synchrotron sources such as the Advanced Photon Source (APS - Argonne, USA), European Synchrotron Radiation Facility (ESRF - Grenoble, France) and SPring8 (Tsukuba, Japan), as extensive experiments on myoglobin and photoactive yellow protein have demonstrated. We have conducted preliminary experiments on wildtype and mutants of this dimeric hemoglobin at ESRF and APS that clearly show the feasibility of this approach. Our results to date show the loss of bound ligand coupled with heme doming and movement of the protein atoms, suggesting important transient intermediates at several time points between l ns and 25ns following ligand release. Density for released ligand suggests it follows an alternate pathway in transit between the active site and solvent. Our goal is to combine time-resolved and ultrahigh resolution crystallography with mutagenesis, spectroscopy and molecular dynamics simulation to gain an unprecedented understanding of principles by which conformational rearrangements mediate allosteric regulation of biological processes. Understanding such principles will aid in the rational manipulation of a number of biological processes.
描述(由申请人提供):为了具有生物学用途,蛋白质分子依靠结构转变来实现其功能。 尽管它们很重要,但通常很难跟踪这种构象重排的发生。 时间分辨晶体学的最新进展已将其能力扩展到实时观察此类结构转变所需的纳秒 (ns) 时间范围。 我们将把时间分辨晶体学技术应用于来自 Scapharca inaequivalvis 的协作二聚血红蛋白,该二聚体血红蛋白已被证明是研究变构蛋白行为的优秀模型系统。 该蛋白质非常适合此类分析,因为其特性包括观察晶态内协同配体结合行为的能力及其晶体的衍射能力。 我们建议使用这种技术来研究配体光解离引起的结构变化。 结构变化将由短 (10 ns) 激光脉冲触发,并由 150 皮秒 (ps) 至 15 ns X 射线脉冲探测。 这种类型的实验可以在第三代同步加速器源上成功进行,例如先进光子源(APS - 美国阿贡)、欧洲同步加速器辐射设施(ESRF - 法国格勒诺布尔)和 SPring8(日本筑波),作为广泛的实验肌红蛋白和光活性黄色蛋白已得到证明。 我们在 ESRF 和 APS 上对这种二聚体血红蛋白的野生型和突变体进行了初步实验,清楚地表明了这种方法的可行性。 迄今为止,我们的结果显示结合配体的损失以及血红素隆起和蛋白质原子的运动,这表明在配体释放后1 ns和25 ns之间的几个时间点存在重要的瞬时中间体。 释放配体的密度表明它遵循活性位点和溶剂之间的替代途径。 我们的目标是将时间分辨和超高分辨率晶体学与诱变、光谱学和分子动力学模拟相结合,以获得对构象重排介导生物过程变构调节的原理的前所未有的理解。 了解这些原理将有助于合理操纵许多生物过程。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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