草酰乙酸脱羧酶钠离子泵的结构和功能研究
批准号:
32071205
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
向嵩
依托单位:
学科分类:
结构生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
向嵩
中文摘要
草酰乙酸脱羧酶钠离子泵属于一个独特的钠离子主动泵家族。该家族的成员由多个亚基构成,催化羧基从底物向生物素的转移,并利用生物素脱羧产生的自由能驱动钠离子跨细胞膜的转运。在多种微生物中,草酰乙酸脱羧酶钠离子泵维持跨细胞膜的钠离子浓度梯度。细胞利用该钠离子浓度梯度驱动营养物质转运、ATP合成等重要能量代谢过程。多种致病微生物依赖草酰乙酸脱羧酶钠离子泵在人体细胞内存活。本课题组在研究能量代谢关键蛋白质尤其是以生物素为中间载体的羧基转移酶家族成员方面有较多的积累,也在近期解析了草酰乙酸脱羧酶钠离子泵跨膜亚基的结构。在本项目中,我们将结合结构和功能研究手段,研究草酰乙酸脱羧酶钠离子泵利用底物脱羧驱动钠离子跨膜转运的详细机制。本研究将丰富对化学能驱动的物质跨膜转运的认识、及对含有草酰乙酸脱羧酶钠离子泵的物种的能量代谢的理解,也可为防治依赖该钠离子泵的致病微生物的感染提供新思路。
英文摘要
The oxaloacetate decarboxylase (OAD) sodium pump belongs to a unique family of primary sodium transporters. Members in this family are membrane-integrated complexes. They catalyze the carboxyl-transfer from their substrates to biotin, and subsequently utilize the free energy derived from biotin decarboxylation to drive sodium transport across the cell membrane. In many microorganisms, OAD is critical for maintaining the sodium gradient across the cell membrane, which is utilized by the cell to drive nutrient intake, ATP synthesis and other essential energy metabolism processes. A number of pathogenic microorganisms rely on OAD for survival inside the human cell. We have long been interested in the structure and function of proteins essential for energy metabolism, especially enzymes that utilize biotin to catalyze carboxyl-transfer reactions. Recently, we have determined the structure of the membrane-integrated subunits of OAD. In this project, we will combine structural and biochemical/biophysical techniques to study how substrate decarboxylation by OAD drives sodium transport across the cell membrane. Our study will provide novel insights into substrate transport across the cell membrane driven by chemical energies, the energy metabolism of OAD-containing organisms, and could provide a starting point to develop novel treatments for pathogenic OAD-containing microorganisms.
草酰乙酸脱羧酶钠离子泵属于一个独特的钠离子主动泵家族。该家族的成员由多个亚基构成,催化羧基从底物向生物素的转移,并利用生物素脱羧产生的自由能驱动钠离子跨细胞膜的转运。在多种微生物中,草酰乙酸脱羧酶钠离子泵维持跨细胞膜的钠离子浓度梯度。细胞利用该钠离子浓度梯度驱动营养物质转运、ATP合成等重要能量代谢过程。多种致病微生物依赖草酰乙酸脱羧酶钠离子泵在人体细胞内存活。在本项目中,我们解析了草酰乙酸脱羧酶钠离子泵的泵亚复合物(含beta-gamma亚基)的结构,并基于结构信息设计了功能实验探究了它驱动钠离子转运的机制。泵亚复合物与胞内的草酰乙酸脱羧酶alpha亚基协同,利用草酰乙酸脱羧产生的自由能驱动钠离子的转运。Gamma亚基链接beta和alpha亚基,我们的结构也揭示了beta-gamma亚基的相互作用机制,为理解全酶的组装提供了线索。结合点突变实验和功能研究,我们发现泵亚复合物的胞内表面多个位点影响全酶的草酰乙酸脱羧活性,提示这些位点在脱羧-钠离子转运过程中介导alpha亚基和泵亚复合物的协同,为深入理解协同的机制提供了线索。我们的研究深化了对草酰乙酸脱羧酶钠离子泵的功能机理的理解。研究也丰富了对化学能驱动的物质跨膜转运的认识、及对含有草酰乙酸脱羧酶钠离子泵的微生物的能量代谢的理解,也为防治某些这些微生物造成的疾病提供了新思路。
核小体泛素链接酶Bre1的结构和功能研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:向嵩
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依托单位:
DNA损伤容忍关键蛋白质Rad5的结构和功能研究
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批准号:31870769
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2018
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负责人:向嵩
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依托单位:
国内基金
海外基金