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細菌細胞表層における体腔の高次空間構造と高分子輸送機構

细菌细胞表层体腔高阶空间结构及大分子转运机制

基本信息

批准号：
12019237
负责人：
村田幸作
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

細菌Sphingomonas sp.Alは、細胞表層に巨大な孔(体腔)を形成し、そこから高分子物質(多糖アルギン酸)を取り込む。この高分子物質取り込み機構を明らかにするため、取り込みに関わる全タンパク質とその遺伝子の構造と機能を解析した。その結果、細胞外に存在する高分子物質は、細胞表層の孔(体腔)に濃縮された後、ペリプラスム局在性の高分子物質結合タンパク質(Q1,Q2)に補足され、膜に配位された巨大な高分子透過装置[透過酵素(M1/M2)とABCタンパク質(S/S)]に渡される。高分子のまま細胞質内に取り込まれたアルギン酸は、細胞質に存在する3種類の高分子特異的リアーゼ(A1-I,-II,-III)と1種類の低分子糖特異的リアーゼ(OAL)で単糖にまで分解、資化される。この一連の高分子取り込み反応に関わるタンパク質と遺伝子の全てを分離し、その個々の機能を明らかにし、全体的な平面構造を解明した。次に、この取り込み装置の全体を立体的に把握するため、本研究ではQ1,Q2,及びSのX線結晶構造解析を行い、これらの3次元構造を決定した。Q2結晶は、斜方晶型で、空間群P2_12_12_1に属し、a=41.8Å,b=95.5Å,c=140.3Åであった。Q2と75%の相同性を持つQ1についても、ほぼ同様な結晶定数を決定した。Sは斜方晶型で、空間群P2_1に属し、a=57.4Å,b=92.7Å,c=65.8Åであった。6回膜貫通タンパク質であるM1,M2の構造決定は現在進行中である。Q1,Q2の性質を明らかにするため、その高分子結合実験を行い、これらが高分子アルギン酸と極めて強く結合(結合定数約10^<-7>M)することを明らかにした。これらの結果から、細菌には高分子物質を丸飲みする極めて巧妙な分子器官が発達していること、及び高分子物質を取り込む体腔依存の新規なABCトランスポーターの存在を確実にした。

Bacteria Sphingomonas sp.Al form large pores on the surface of cells, and polymer substances (polysaccharides) are extracted. The structure and function of polymer materials are analyzed. As a result, extracellular polymer substances are concentrated in pores (body cavities) on the surface of cells, and the membrane coordination is complemented by a large polymer permeation device [permeation enzyme (M1/M2) and ABC separation substance (S/S)]. There are three kinds of polymer-specific proteins (A1-I,-II,-III) and one kind of low-molecular-sugar specific proteins (OAL) in the cytosol of polymers, which are decomposed and converted into carbohydrates. This series of polymer molecules is related to the separation of the molecules, the function of each molecule, and the plane structure of the whole molecule. In this study, X-ray crystallographic analysis of Q1,Q2, and S was performed to determine the three-dimensional structure of the device. Q2 crystal is orthorhombic, space group P2_12_12_1, a=41.8,b=95.5,c=140.3. Q2 and 75% identity are determined by Q1 and the number of crystals is determined by Q2 and 75% identity. S rhombic crystal type, space group P2_1, a=57.4,b=92.7,c=65.8. 6. The structural determination of M1 and M2 is in progress. The properties of Q1 and Q2 are clearly defined by the polymer binding behavior, the polymer acid binding behavior, and the polymer acid binding behavior (binding constant of about 10^<-7>M). As a result, bacteria are able to detect the presence of new molecules in the body cavity.