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PNAS:分子伴侣Hsp90能量来源于热波动而非ATP

2012/01/19 来源:中国生物技术信息网
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导读
一组特殊的蛋白质,即所谓的分子伴侣,帮助其他蛋白获得它们正确的构象。直到今天科学家一直认为ATP的水解为分子伴侣Hsp90大的构象改变提供着能量。目前来自慕尼黑纳米系统研究(NIM)的研究团队证明Hsp90利用热波动作为构象改变的驱动力。

一组特殊的蛋白质,即所谓的分子伴侣,帮助其他蛋白获得它们正确的构象。直到今天科学家一直认为ATP的水解为分子伴侣Hsp90大的构象改变提供着能量。目前来自慕尼黑纳米系统研究(NIM)的研究团队证明Hsp90利用热波动作为构象改变的驱动力。研究结果发表于PNAS期刊上。

ATP是大多数有机体的主要能量来源,ATPase是利用这种燃料的机器,在体内移动肌肉或货物。伴侣蛋白Hsp90在体内含量非常丰富,在它2个单体蛋白中每一个单体都有一个ATPase。过去几年的研究显示,ATPase蛋白的运动及构象变化通常严格地与ATP的结合和水解相关联。

为了探讨这一理论,慕尼黑工业大学(TUM)教授及NIM成员Thorsten  Hugel和他的团队设计了一种特殊的三色单分子荧光共振能量转移(FRET)实验和交替的激光激发(ALEX)来同时观测ATP的结合和构象改变。不料,实验显示,ATP的结合和水解并不与Hsp90的大构象变化相关。相反,Hsp90是由热波动驱动的高度灵活的机器。

"热波动是蛋白质结构的随机变化--它们可以被认为是与环境中水分子之间的碰撞,在活的有机体中热波动进行的相当剧烈,"Thorsten  Hugel说。"利利用这些撞击在不同的构象之间来回切换,节省了Hsp90宝贵的ATP"。但Hsp90伴侣的ATPase的任务是什么?科学家推测共伴侣和底物蛋白该表了系统,使得ATP的结合和水解能够进行一项重要的任务。

随着新开发的实验装置,现在可以对这个异常复杂的系统进行更详细的调查研究以解决这个重要问题。慕尼黑生物物理学家为分子机器的能量转换提供了一个新的视角。

 

Heat shock protein 90’s mechanochemical cycle is dominated by thermal fluctuations

Christoph Ratzke, Felix Berkemeier, and Thorsten Hugel

The molecular chaperone and heat shock protein 90 (Hsp90) exists mainly as a homodimer in the cytoplasm. Each monomer has an ATPase in its N-terminal domain and undergoes large conformational changes during Hsp90’s mechanochemical cycle. The three-color single-molecule assay and data analysis presented in the following allows one to observe at the same time nucleotide binding and the conformational changes in Hsp90. Surprisingly, and completely unlike the prior investigated systems, nucleotides can bind to the N-terminally open and closed state without strictly forcing the protein into a specific conformation. Both the transitions between the conformational states and the nucleotide binding/unbinding are mainly thermally driven. Furthermore, the two ATP binding sites show negative cooperativity; i.e., nucleotides do not bind independently to the two monomers. We thus reveal a picture of how nucleotide binding and conformational changes are connected in the molecular chaperone Hsp90, which has far-ranging consequences for its function and is distinct from previously investigated motor proteins.

文献链接:http://www.pnas.org/content/109/1/161.abstract?sid=d3cca854-1274-47ff-8e73-809be8f2e9d5

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