長程交互作用調節酵母菌S. cerevisiae四異戊二烯焦磷酸合成酶之雙體結構

Long-Range Cooperative Interactions Modulate Dimerization in S. cerevisiae Geranylgeranyl Pyrophosphate Synthase

羅嘉翔(Chia-Hsiang Lo)

指導教授 ： 梁博煌

國立臺灣大學/生命科學院/生化科學研究所/碩士(2007年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2007.02656

摘要

四異戊二烯焦磷酸合成酶 (geranylgeranyl pyrophosphate synthase) 可催化一個異戊二烯焦磷酸與法呢基焦磷酸 (farnesyl pyrophosphate) 反應產生四異戊二烯焦磷酸 (geranylgeranyl pyrophosphate)，此產物是四異戊二烯化 (geranylgeranylated)蛋白質、胡蘿蔔素 (carotenoid)、細胞膜脂質等－這些在生物體內重要分子的前趨物。從X光繞射光譜解出的立體結構來看，啤酒酵母的四異戊二烯焦磷酸合成酶是由15個α螺旋 (helix) 並以環狀物 (loop) 所連接構成其三級結構，並聚合成雙元體的四級結構。不同於其他已知的異戊二烯轉移酶 (trans-prenyl transferase) ，啤酒酵母的四異戊二烯焦磷酸合成酶具有一延伸至另一單元體 (subunit) 的N端胺基酸鍊。此胺基酸鍊包含第一個α螺旋和之後的環狀物，其構形與方向和其他一類異戊二烯轉移酵素相異並在雙體聚合中扮演關鍵性的角色。刪除前九個胺基酸導致酵素的雙體聚合瓦解，而刪除前十七個殘基更使酵素失去催化能力。我們更進一步證明刪除前七個殘基導致酵素瓦解成雙元體與單元體共存，刪除前八個殘基是完全破壞雙元體的聚合。為了找出哪個殘基是直接影響到酵素的雙體聚合，利用定點突變法來改變第七、第八和第九個殘基使其轉換成甘胺酸。透過分析型超高速離心機的實驗指出第七號麩胺酸突變為甘氨酸不改變其四級結構，第八號白胺酸突變為甘胺酸使酵素同時有單元體與雙元體的混合，第九號異白胺酸突變為甘胺酸導致雙元體完全瓦解成單元體。以雙定點突變法針對麩胺酸白胺酸與白胺酸異白胺酸改為甘胺酸亦形成單元體，證明第八號白胺酸與第九號異白胺酸對於酵素爽體聚合有不可或缺的貢獻。以單元體為主的突變蛋白比原始的蛋白少了近一千倍催化速率。第八和第九個殘基皆為疏水性胺基酸並形成疏水性聚集，因此對於其週遭環境的疏水性殘基進行分析。多點突變第一百六十三號白胺酸、第一百六十七號甲硫胺酸、第兩百號白胺酸、與第兩百零三號異白胺酸皆轉變為甘胺酸進行實驗，此一突變蛋白並不能摺疊正確導致形成所謂的包涵體。透過圓二色光譜儀的實驗發現單元體與雙元體的四異戊二烯焦磷酸合成酶具有極為相似的二級結構，但在熔點實驗顯示兩者間的熱穩定性並不一樣，雙元體酵素具有較高的熔點而突變單元體酵素熔點較低。此外對於雙定點突變法針對第二十二號白胺酸與第二十三號異白胺酸皆轉變為甘胺酸的酵素而言，此一突變導致雙元體部分瓦解成單元體說明位於第二α螺旋上的殘基不但接近雙元體聚合的界面且與聚合能力的強弱亦有關聯。位於第一N端α螺旋上的胺基酸距離雙元體聚合的界面有26 Å，卻對此酵素的四級結構與催化能力有如此顯著的影響，顯見蛋白四級結構的研究有很重要的意義。

關鍵字

酵母菌 四異戊二烯焦磷酸合成酶雙體結構

並列摘要

Geranylgeranyl pyrophosphate synthase (GGPPs) catalyzes a condensation reaction of farnesyl pyrophosphate (FPP) with isopentenyl pyrophosphate (IPP) to generate C20 geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP), which is a precursor for carotenoids, chlorophylls, geranylgeranylated proteins, and archaeal ether linked lipids. The 3-D structure of GGPPs from Saccharomyces cerevisiae is composed entirely of fifteen

並列關鍵字

Dimerization S. cerevisiae Geranylgeranyl Pyrophosphate Synthase

參考文獻

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