JBC：膜蛋白ATP分解全程追踪

　　

生物通报道：德国RUB大学的研究人员首次动态追踪了转运蛋白从能量储存分子ATP中得到所需动力的过程。他们通过时间分辨红外光谱技术，检测了细菌膜蛋白MsbA及其互作伙伴ATP的结构改变，文章发表在Journal of Biological Chemistry杂志上。

转运蛋白与多种疾病相关

ATP结合盒（ABC）转运蛋白是负责转运多种物质的细胞膜蛋白。这种膜转运过程的的动力来自于细胞内的通用能量储存分子ATP。ATP分子含有三个磷酸基团，如果其中一个磷酸基团分解就会释放出能量。转运蛋白在癌细胞对化疗药物的多药耐性中起着中心作用，并且与囊性纤维化CF等多种遗传疾病相关，因此在医疗研究中很重要。近年来，研究人员陆续揭开了一些这类转运蛋白的3D原子结构，并揭示了转运循环中的蛋白构象的改变。然而，人们还缺乏对能量携带者ATP分解实现多种物质跨生物膜转运的详细动态机制的了解。

蛋白控制ATP分解

Bochum研究人员在大肠杆菌脂肪转运蛋白MsbA（一种ABC转运蛋白）中首次动态追踪了ATP的水解过程。研究人员采用了傅里叶转换红外光谱技术，研究了MsbA的动力域，即该蛋白中ATP分解发生的位点。通过这一方法，研究人员能检测到蛋白质中纳秒级别的改变。该方法也能同时记录下蛋白与ATP相互作用的变化。

磷酸基团信号揭示ATP分解过程

傅里叶转换红外光谱技术数据分析的难点，是要有效将检测信号与特定分子或分子群对应起来。能够成功做到这一点，就能看到哪些分子在何时发生了结构改变。为此生物物理学家标记了ATP分子的磷酸基团，使它们在光谱分析中留下特征信号。研究人员以这种方式跟踪了ATP与转运蛋白结合的过程，并观察到一个磷酸基团分解并被释放到环境中。“我们的数据为研究ATP水解时蛋白质的运动提供了重要线索。为研究整个膜蛋白打下了基础，而这也是我们下一步研究的方向”，Hofmann教授说。

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Time-resolved Fourier Transform Infrared Spectroscopy of the Nucleotide-binding Domain from the ATP-binding Cassette Transporter MsbA

ATP HYDROLYSIS IS THE RATE-LIMITING STEP IN THE CATALYTIC CYCLE*

MsbA is an essential Escherichia coli ATP-binding cassette (ABC) transporter involved in the flipping of lipid A across the cytoplasmic membrane. It is a close homologue of human P-glycoprotein involved in multidrug resistance, and it similarly accepts a variety of small hydrophobic xenobiotics as transport substrates. X-ray structures of three full-length ABC multidrug exporters (including MsbA) have been published recently and reveal large conformational changes during the transport cycle. However, how ATP hydrolysis couples to these conformational changes and finally the transport is still an open question. We employed time-resolved FTIR spectroscopy, a powerful method to elucidate molecular reaction mechanisms of soluble and membrane proteins, to address this question with high spatiotemporal resolution.