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Nramp2-exo-loop1相关肽与金属离子的相互作用

宋元德  
【摘要】: 天然抗性相关巨噬细胞蛋白2(Nramp2)是一个拥有重要生物活性功能的膜蛋白,广泛存在于人类、哺乳动物、细菌等生物体内,能够传输生命活动中所需要的二价金属阳离子。在Nramp2的十二个预测跨膜区中,第一跨膜区C端和与之相连的环区(exo-loop1)可能在该蛋白捕获金属离子方面起重要作用。我们采用核磁共振方法研究了Nramp2-exo-loop1片段及基于这个肽片段的系列突变体在水溶液和胶束溶液中与金属离子Pb~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)、Ca~(2+)、Ba~(2+)、Mn~(2+)、Cu~(2+)、Co~(2+)、Ni~(2+)、Fe~(2+)、Cr~(3+)、Fe~(3+)的相互作用,包括结合位点、金属离子的选择性、各配位残基对配合物稳定性的贡献、关键残基突变对相互作用的影响等,并采用分子动力学模拟方法计算了肽段/铅离子配合物的结构。结果发现Nramp2-exo-loop1区域能够选择性地结合二价金属阳离子(至少包括Mn~(2+)、Co~(2+)、Ni~(2+)、Fe~(2+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)),而不与三价金属阳离子如Cr~(3+)和Fe~(3+)结合。顺磁性二价金属离子的NMR实验结果和肽段/铅离子配合物的分子动力学计算都表明,在与二价金属离子的结合中该肽段的残基Asp1、Glu6和Asp8的侧链羧基氧原子参与配位,残基Asn4通过骨架羰基氧原子也参与配位。其中Glu6对配合物的稳定性起关键的作用,E6A突变将导致配合物完全解离,Asp8和Asp1的作用次之,但仍很重要,两者突变成Ala后将导致配合物大部分解离。Asn4在配位中起辅助作用,对配合物的稳定性影响最小。由此可以推断,exo-loop1区域可能对Nramp2传输体识别和捕获二价金属阳离子起重要作用。我们的发现可能对揭示Nramp2整体膜蛋白的离子传输机理有重要的意义。


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