源自大肠杆菌的木糖:质子同转运蛋白的结构与功能研究

发布时间:2017-12-28 05:43

  本文关键词:源自大肠杆菌的木糖:质子同转运蛋白的结构与功能研究 出处:《清华大学》2016年博士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: Xyl E MFS 膜转运蛋白 GLUT 转运机理


【摘要】:糖类代谢在新陈代谢等生命活动中具有关键作用,其中又以葡萄糖代谢最为重要。糖类进入细胞必须通过细胞膜上的糖转运蛋白。对葡萄糖来说,人体中有两类转运蛋白,与多种生理病理活动息息相关。本文选择其中一类GLUT家族蛋白作为研究对象,借助其原核同源蛋白Xyl E来考察。Xyl E源自大肠杆菌,是底物专一的木糖:质子同向转运蛋白,与I型GLUT家族成员有接近50%的一级序列相似度。葡萄糖可以抑制Xyl E的转运功能,不能被Xyl E转运;I型GLUT家族成员转运底物则不像Xyl E一样需要质子参与。因此Xyl E的转运机理仍然和I型GLUT家族成员存在一定差异。为了深入理解这类糖转运蛋白的机理,我们以X射线晶体学的手段,解析得到了Xyl E分别与底物木糖、底物类似物葡萄糖及人工合成的葡萄糖溴代衍生物结合的结构,分辨率分别为2.8?、2.9?和2.6?。这三个Xyl E结构呈现出经典的12次跨膜α螺旋MFS折叠方式,但在胞内区域多出一个四α螺旋的结构域,且具有向细胞外侧开放、部分封闭的全新构象,完善了该家族结构研究的未知信息。通过结构分析及生化实验验证,鉴别出了Xyl E在转运过程中识别底物的关键氨基酸残基。借助计算机软件同源建模的手段,建立人源GLUT1的三维蛋白结构模型。在该同源结构模型中,成功定位了一些I型GLUT家族成员疾病相关的突变残基,初步适用于致病机理研究。另外通过Xyl E和I型GLUT家族成员的序列比对分析,结合生化实验,进一步鉴定出Xyl E中第27位的天冬氨酸对于转运过程中质子耦联的调控作用。同样根据序列比对分析设计氨基酸突变,能改变Xyl E对底物的选择特异性,使其一定程度上具备转运葡萄糖的能力。以上研究开启了理解糖转运蛋白转运机制的新篇章,扩充了对MFS超家族蛋白的普遍认识,也为后续直接研究GLUT家族打下坚实基础。
[Abstract]:Carbohydrate metabolism plays a key role in metabolism and other life activities, and glucose metabolism is the most important. Sugar into cells must pass through the sugar transporter on the membrane of the cell. For glucose, there are two types of transporters in the human body, which are closely related to a variety of physiological and pathological activities. In this paper, one of the GLUT family proteins was selected as the research object and was examined with its prokaryotic homologous protein Xyl E. Xyl E, derived from Escherichia coli, is a xylose specific to the substrate: proton co transporter, which is similar to 50% of the I type GLUT family members. Glucose can inhibit the transport of Xyl E and can not be transported by Xyl E; the transport substrate of I type GLUT family, unlike Xyl E, requires proton participation. Therefore, the transport mechanism of Xyl E is still different from the members of the I type GLUT family. In order to further understand the mechanism of these sugar transporters, we have obtained the structure of Xyl E combined with substrate xylose, substrate analogues glucose and synthetic glucose bromine derivatives by X ray crystallography. The resolution is 2.8, 2.9 and 2.6, respectively. These three Xyl E structures show a classic 12 transmembrane alpha helical MFS folding mode, but in the intracellular region, there is a four alpha helix domain with a new conformation opening and partially closed to the cell, which improves the unknown information of the family structure. The key amino acid residues identified by Xyl E during the transport process were identified by structural analysis and biochemical test. With the help of computer software homologous modeling, a three-dimensional protein structure model of human GLUT1 was established. In this homologous structural model, a number of disease related mutations related to the I type GLUT family members have been successfully located, which are preliminarily applied to the study of pathogenic mechanism. In addition, through sequence alignment analysis of Xyl E and I GLUT family members, combined with biochemical experiments, we further identified the role of twenty-seventh aspartate in Xyl E in regulating proton coupling during transport. According to the sequence alignment analysis, the design of amino acid mutation can change the selectivity of Xyl E to the substrate, so that it has the ability to transport glucose to a certain extent. The above research opens a new chapter to understand the transport mechanism of sugar transporters, expands the universal understanding of MFS superfamily proteins, and lays a solid foundation for further study of GLUT family.
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:Q51

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈昕,王保莉,曲东;植物硫转运蛋白研究进展[J];西北植物学报;2004年10期

2 武泰存,房蓓,王景安;锌转运蛋白基因研究进展[J];西北植物学报;2005年10期

3 王华丙;张振义;包锐;陈宇星;;ABC转运蛋白的结构与转运机制[J];生命的化学;2007年03期

4 骆媛媛;柳参奎;;植物中铵转运蛋白的研究进展[J];基因组学与应用生物学;2009年02期

5 王继红;李西川;蒋伶活;;酵母细胞中ABC转运蛋白的分类和功能[J];细胞生物学杂志;2009年04期

6 赵胡;李裕红;;植物ABC转运蛋白研究综述[J];海峡科学;2012年02期

7 张倩;陈佳娜;李建民;;植物硅转运蛋白的研究进展[J];中国农学通报;2013年12期

8 袁进成;刘颖慧;;植物糖转运蛋白研究进展[J];中国农学通报;2013年36期

9 李剑,李光永,王道文;核苷转运蛋白的研究进展[J];科学通报;2002年07期

10 吴转娣;昝逢刚;张树珍;王俊刚;唐建平;;蔗糖转运蛋白的调节[J];生物技术通报;2009年07期

相关会议论文 前10条

1 藏猛;杨国宇;李宏基;鲁维飞;郭豫杰;;猪锌转运蛋白基因的克隆及其在仔猪体内的组织分布[A];全国动物生理生化第十一次学术交流会论文摘要汇编[C];2010年

2 张泉龙;胡晋红;朱全刚;;皮肤中转运蛋白的作用研究进展[A];2008年中国药学会学术年会暨第八届中国药师周论文集[C];2008年

3 伊秀林;申秀萍;张宗鹏;;影响临床药物安全性的药物转运蛋白[A];2013年(第三届)中国药物毒理学年会暨药物非临床安全性评价研究论坛论文摘要[C];2013年

4 伊秀林;申秀萍;张宗鹏;;影响临床药物安全性的药物转运蛋白[A];中国药理学与毒理学杂志(2013年6月第27卷第3期)[C];2013年

5 兰平;李文凤;刘坤凡;王道文;;缺磷条件下可能参与紫色酸性磷酸酶和磷酸根转运蛋白基因转录调控的信号组分因子的研究[A];中国的遗传学研究——中国遗传学会第七次代表大会暨学术讨论会论文摘要汇编[C];2003年

6 明凤;张璇;张佰隆;路群;王伟;;水稻磷酸盐转运蛋白基因的克隆、表达及功能分析[A];全国植物分子育种研讨会摘要集[C];2009年

7 王宝梅;李楠;隋礼丽;夏大静;王晓键;曹雪涛;;一个新的线粒体转运蛋白的分子克隆及鉴定[A];中国免疫学会第四届学术大会会议议程及论文摘要集[C];2002年

8 骆斌;朱勇清;上官小霞;陈晓亚;;棉花、拟南芥ABC转运蛋白(GhWBC1和AtWBC11)的研究[A];中国植物生理学会第九次全国会议论文摘要汇编[C];2004年

9 刘昭平;费俭;张珏;麻孙恺;蔡国强;郭礼和;;多巴胺转运蛋白参与神经细胞的凋亡[A];中国细胞生物学学会第七次会议论文摘要汇编[C];1999年

10 于昱;吕林;罗绪刚;刘彬;;锌对肉仔鸡小肠中锌转运蛋白基因表达的影响[A];中国家禽业——机遇与挑战——第十三次全国家禽学术讨论会论文集[C];2007年

相关重要报纸文章 前5条

1 殷俊;南农大揭示两个水稻磷酸盐转运蛋白功能[N];江苏科技报;2009年

2 医学院;颜宁研究组在《自然》发文揭示糖转运蛋白结构与机理[N];新清华;2012年

3 刘霞;美揭示神经元转运蛋白的分子运动机制[N];科技日报;2011年

4 本报记者 刘霞;转运蛋白:农作物的生长“调理师”[N];科技日报;2013年

5 钱铮;特定蛋白质影响营养吸收[N];人民日报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 于杰;一种ABC转运蛋白ArtI-Art(QN)_2复合物的结构与功能研究[D];清华大学;2015年

2 艾鹏慧;水稻磷酸盐转运蛋白OsPht1;2和OsPht1;6表达调控和功能的研究[D];南京农业大学;2009年

3 孟森;林木细根氮素吸收动态及氮转运蛋白基因表达[D];西北农林科技大学;2016年

4 曾昕;源自大肠杆菌的木糖:质子同转运蛋白的结构与功能研究[D];清华大学;2016年

5 金宏滨;药用植物ABC转运蛋白基因的克隆与特征研究[D];上海交通大学;2007年

6 李艳红;ABC转运蛋白超家族中致病性SNPs的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2007年

7 赵岩;大肠杆菌二肽转运蛋白YbgH结构与功能研究[D];中国科学技术大学;2015年

8 郭晓贤;跨膜区突变对ABC转运蛋白Pdr5p功能的影响及其机制研究[D];浙江大学;2012年

9 谢小东;烟草ABC转运蛋白家族鉴定及次生代谢物质转运的功能研究[D];重庆大学;2014年

10 伍国强;Na~+转运蛋白基因在荒漠植物霸王响应盐和干旱中的作用研究[D];兰州大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 康立敏;基于越橘果实转录组测序WBC型ABC转运蛋白的基因发掘、克隆和表达分析[D];吉林农业大学;2015年

2 张晓燕;海洋微生物钾转运蛋白基因trkH的克隆与表达[D];大连理工大学;2015年

3 李倩;特异表达甘薯蔗糖转运蛋白基因IbSUT对烟草淀粉合成的影响[D];电子科技大学;2014年

4 魏晓钰;苹果中糖转运蛋白的鉴定及两个己糖转运蛋白功能的初步研究[D];西北农林科技大学;2015年

5 张清;甘蔗糖转运蛋白超家族基因演化与表达分析[D];福建农林大学;2016年

6 康新乐;禾谷缢管蚜ABC转运蛋白基因克隆及其表达特性研究[D];西北农林科技大学;2016年

7 杨琳;苹果钾转运蛋白基因家族表达及干旱条件下根系钾吸收转运特性分析[D];西北农林科技大学;2016年

8 段建锋;接种丛枝菌根真菌对小麦根内氮磷转运蛋白基因表达的影响[D];西北农林科技大学;2016年

9 张殊慧;番茄磷转运蛋白SlPht3基因最小表达框转化小麦对磷素营养的应答[D];沈阳农业大学;2016年

10 师双锋;速生植物硝酸盐转运蛋白编码基因的克隆和功能研究[D];中国农业科学院;2016年



本文编号:1344821

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/1344821.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户2b7a9***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com