砷外排ATP酶ArsA的核苷酸与类金属驱动构象变化机制研究

研究人员通过冷冻电镜技术解析了砷外排ATP酶ArsA在MgADP和MgATP结合状态下的开放构象，以及砷(AsIII)结合时的闭合构象，揭示了核苷酸水解驱动构象变化捕获胞内砷的关键机制，为细菌砷抗性及生物修复提供重要理论依据。

　　

三价砷(As^III)因其与巯基的高亲和力结合而具有强细胞毒性。在原核生物中，ars操纵子编码的蛋白质构成重要抗砷机制，其中胞质ATP酶ArsA通过核苷酸依赖性构象变化，将捕获的砷传递给膜转运蛋白ArsB完成外排。

作为典型的分子内Walker A(IWA)家族ATP酶，ArsA的催化机制长期存在谜团。最新冷冻电镜研究捕捉到三个关键状态：MgADP结合的开放构象、MgATP结合的开放构象，以及As^III结合引发的闭合构象。X射线吸收光谱证实闭合状态下，砷通过三个保守半胱氨酸形成三配位结合。

这些结构生动展示了IWA家族ATP酶的经典构象重排：核苷酸状态变化在催化循环中动态形成高亲和力砷结合位点，如同分子"捕手"般暂时扣押胞内毒性物质，随后通过能量驱动的构象转变将砷"递送"给外排泵ArsB。该发现不仅阐明细菌抗砷的分子开关机制，也为环境砷污染的生物治理提供新思路。