辅酶Q合成途径的结构酶学研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31170695
项目类别：
面上项目
资助金额：
65.0万
负责人：
周丛照
依托单位：
中国科学技术大学
学科分类：
C0501.结构生物学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
赵梦溪；连福明；郭鹏超；代亚男；罗铭；
关键词：
辅酶Q 氧化应激晶体结构酶学性质合成途径

项目摘要

辅酶Q（又称泛醌）是原核和真核生物氧化呼吸链中最重要的电子载体之一，负责接受黄素酶类脱下的电子传递至细胞色素还原酶复合体上。它也是机体重要的抗氧化剂，能够通过中和自由基来保护膜磷脂层免受过氧化作用，以及防止线粒体DNA和膜蛋白免受自由基引起的氧化损伤。该途径在各个物种中非常保守，一系列参与合成的蛋白也已经被鉴定出来，但是目前仍不清楚各个合成酶是如何通过逐级识别结构各异的合成中间产物来催化酶促反应进行的，合成机理（尤其是基于三维结构的酶学机理）目前尚不明确。我们以酿酒酵母这一最经典的真核模式生物为研究对象，系统表达和纯化合成途径中的各个合成酶，解析一组关键合成酶及其与底物的复合物或多蛋白复合物的三维结构，结合定点突变、酶学活性分析和计算机模拟等手段阐明其识别底物分子的结构生物学基础和催化机制。这将为内源性辅酶Q的缺乏引起的相关疾病的研究和治疗提供理论基础。

结项摘要

辅酶Q（CoQ）是一种脂溶性的化合物，是生物体氧化呼吸链中最重要的电子载体之一。细胞对辅酶Q的需求依赖于其内源性合成，这一合成路径在许多物种中是相当保守的。真核生物辅酶Q合成路径主要是在酿酒酵母中被鉴定出来的，包含11个基因(ABZ1，ABZ2，以及COQ1–COQ9)的编码蛋白。. Abz1和Abz2负责辅酶Q6分子的芳环前体对氨基苯甲酸的合成，其中Abz2催化4-氨基-4-脱氧分支酸(ADC)裂合酶生成对氨基苯甲酸。Coq1–Coq9可能形成一个大的复合体附着在线粒体内膜来依次催化各步反应的。Coq5因对其他组分的稳定作用而被认为是此复合体的核心组分。Coq5是一个S-腺苷-L-甲硫氨酸(SAM)依赖的甲基转移酶，在CoQ6合成路径中催化唯一的C-甲基化反应，将2-甲氧基-6-聚异戊二烯基-1,4-苯醌(DDMQH2)转化成2-甲氧基-5-甲基-6-聚异戊二烯基-1,4-苯醌(DMQH2)。. 我们解析了Abz2与辅因子PLP复合物的1.9 Å晶体结构，是真核生物中第一个ADC裂合酶结构。不同于大肠杆菌ADC裂合酶的二聚体形式，Abz2的活性口袋位于N端和C端两个结构域之间的裂缝中，一分子PLP与关键催化残基Lys251形成了希夫碱的共价形式，深嵌于此裂缝中。通过HADDOCK软件模拟了Abz2与PLP-ADC反应中间体的结合状态，显示ADC处在Arg182和Arg255组成的碱性钳状口袋中。我们提出了Abz2催化循环的模型，并认为Abz2可以代表新的一类单体形式的ADC裂合酶。. 我们还解析了酿酒酵母Coq5的apo-form和结合辅因子SAM两种形式的晶体结构，分辨率分别为2.2 Å和2.4 Å ，代表了第一对酵母辅酶Q合成酶的结构。Coq5表现为一个典型的Class I SAM-MTase结构，除中心结构域以外还含有两个变化的结构花样，这两个变化的折叠花样都与二聚体相互作用和底物识别有关。SAM的结合引起活性口袋的构像变化。通过分子对接得到了Coq5的底物结合口袋，并预测了底物分子的进入通道。通过结构分析和比对，我们提出了Coq5的可能催化机理。即Arg201在一个关键水分子的帮助下，作为“general base”引起了催化反应的发生。