本文關(guān)鍵詞：源自大腸桿菌的木糖：質(zhì)子同轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)構(gòu)與功能研究　出處：《清華大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： Xyl E MFS 膜轉(zhuǎn)運蛋白 GLUT 轉(zhuǎn)運機理

【摘要】：糖類代謝在新陳代謝等生命活動中具有關(guān)鍵作用,其中又以葡萄糖代謝最為重要。糖類進入細胞必須通過細胞膜上的糖轉(zhuǎn)運蛋白。對葡萄糖來說,人體中有兩類轉(zhuǎn)運蛋白,與多種生理病理活動息息相關(guān)。本文選擇其中一類GLUT家族蛋白作為研究對象,借助其原核同源蛋白Xyl E來考察。Xyl E源自大腸桿菌,是底物專一的木糖:質(zhì)子同向轉(zhuǎn)運蛋白,與I型GLUT家族成員有接近50%的一級序列相似度。葡萄糖可以抑制Xyl E的轉(zhuǎn)運功能,不能被Xyl E轉(zhuǎn)運;I型GLUT家族成員轉(zhuǎn)運底物則不像Xyl E一樣需要質(zhì)子參與。因此Xyl E的轉(zhuǎn)運機理仍然和I型GLUT家族成員存在一定差異。為了深入理解這類糖轉(zhuǎn)運蛋白的機理,我們以X射線晶體學的手段,解析得到了Xyl E分別與底物木糖、底物類似物葡萄糖及人工合成的葡萄糖溴代衍生物結(jié)合的結(jié)構(gòu),分辨率分別為2.8?、2.9?和2.6?。這三個Xyl E結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出經(jīng)典的12次跨膜α螺旋MFS折疊方式,但在胞內(nèi)區(qū)域多出一個四α螺旋的結(jié)構(gòu)域,且具有向細胞外側(cè)開放、部分封閉的全新構(gòu)象,完善了該家族結(jié)構(gòu)研究的未知信息。通過結(jié)構(gòu)分析及生化實驗驗證,鑒別出了Xyl E在轉(zhuǎn)運過程中識別底物的關(guān)鍵氨基酸殘基。借助計算機軟件同源建模的手段,建立人源GLUT1的三維蛋白結(jié)構(gòu)模型。在該同源結(jié)構(gòu)模型中,成功定位了一些I型GLUT家族成員疾病相關(guān)的突變殘基,初步適用于致病機理研究。另外通過Xyl E和I型GLUT家族成員的序列比對分析,結(jié)合生化實驗,進一步鑒定出Xyl E中第27位的天冬氨酸對于轉(zhuǎn)運過程中質(zhì)子耦聯(lián)的調(diào)控作用。同樣根據(jù)序列比對分析設計氨基酸突變,能改變Xyl E對底物的選擇特異性,使其一定程度上具備轉(zhuǎn)運葡萄糖的能力。以上研究開啟了理解糖轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運機制的新篇章,擴充了對MFS超家族蛋白的普遍認識,也為后續(xù)直接研究GLUT家族打下堅實基礎(chǔ)。
[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.
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q51

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳昕,王保莉,曲東;植物硫轉(zhuǎn)運蛋白研究進展[J];西北植物學報;2004年10期

2 武泰存,房蓓,王景安;鋅轉(zhuǎn)運蛋白基因研究進展[J];西北植物學報;2005年10期

3 王華丙;張振義;包銳;陳宇星;;ABC轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)運機制[J];生命的化學;2007年03期

4 駱媛媛;柳參奎;;植物中銨轉(zhuǎn)運蛋白的研究進展[J];基因組學與應用生物學;2009年02期

5 王繼紅;李西川;蔣伶活;;酵母細胞中ABC轉(zhuǎn)運蛋白的分類和功能[J];細胞生物學雜志;2009年04期

6 趙胡;李裕紅;;植物ABC轉(zhuǎn)運蛋白研究綜述[J];海峽科學;2012年02期

7 張倩;陳佳娜;李建民;;植物硅轉(zhuǎn)運蛋白的研究進展[J];中國農(nóng)學通報;2013年12期

8 袁進成;劉穎慧;;植物糖轉(zhuǎn)運蛋白研究進展[J];中國農(nóng)學通報;2013年36期

9 李劍,李光永,王道文;核苷轉(zhuǎn)運蛋白的研究進展[J];科學通報;2002年07期

10 吳轉(zhuǎn)娣;昝逢剛;張樹珍;王俊剛;唐建平;;蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白的調(diào)節(jié)[J];生物技術(shù)通報;2009年07期

相關(guān)會議論文 前10條

1 藏猛;楊國宇;李宏基;魯維飛;郭豫杰;;豬鋅轉(zhuǎn)運蛋白基因的克隆及其在仔豬體內(nèi)的組織分布[A];全國動物生理生化第十一次學術(shù)交流會論文摘要匯編[C];2010年

2 張泉龍;胡晉紅;朱全剛;;皮膚中轉(zhuǎn)運蛋白的作用研究進展[A];2008年中國藥學會學術(shù)年會暨第八屆中國藥師周論文集[C];2008年

3 伊秀林;申秀萍;張宗鵬;;影響臨床藥物安全性的藥物轉(zhuǎn)運蛋白[A];2013年（第三屆）中國藥物毒理學年會暨藥物非臨床安全性評價研究論壇論文摘要[C];2013年

4 伊秀林;申秀萍;張宗鵬;;影響臨床藥物安全性的藥物轉(zhuǎn)運蛋白[A];中國藥理學與毒理學雜志(2013年6月第27卷第3期)[C];2013年

5 蘭平;李文鳳;劉坤凡;王道文;;缺磷條件下可能參與紫色酸性磷酸酶和磷酸根轉(zhuǎn)運蛋白基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的信號組分因子的研究[A];中國的遺傳學研究——中國遺傳學會第七次代表大會暨學術(shù)討論會論文摘要匯編[C];2003年

6 明鳳;張璇;張佰隆;路群;王偉;;水稻磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白基因的克隆、表達及功能分析[A];全國植物分子育種研討會摘要集[C];2009年

7 王寶梅;李楠;隋禮麗;夏大靜;王曉鍵;曹雪濤;;一個新的線粒體轉(zhuǎn)運蛋白的分子克隆及鑒定[A];中國免疫學會第四屆學術(shù)大會會議議程及論文摘要集[C];2002年

8 駱斌;朱勇清;上官小霞;陳曉亞;;棉花、擬南芥ABC轉(zhuǎn)運蛋白(GhWBC1和AtWBC11)的研究[A];中國植物生理學會第九次全國會議論文摘要匯編[C];2004年

9 劉昭平;費儉;張玨;麻孫愷;蔡國強;郭禮和;;多巴胺轉(zhuǎn)運蛋白參與神經(jīng)細胞的凋亡[A];中國細胞生物學學會第七次會議論文摘要匯編[C];1999年

10 于昱;呂林;羅緒剛;劉彬;;鋅對肉仔雞小腸中鋅轉(zhuǎn)運蛋白基因表達的影響[A];中國家禽業(yè)——機遇與挑戰(zhàn)——第十三次全國家禽學術(shù)討論會論文集[C];2007年

相關(guān)重要報紙文章 前5條

1 殷俊;南農(nóng)大揭示兩個水稻磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白功能[N];江蘇科技報;2009年

2 醫(yī)學院;顏寧研究組在《自然》發(fā)文揭示糖轉(zhuǎn)運蛋白結(jié)構(gòu)與機理[N];新清華;2012年

3 劉霞;美揭示神經(jīng)元轉(zhuǎn)運蛋白的分子運動機制[N];科技日報;2011年

4 本報記者 劉霞;轉(zhuǎn)運蛋白：農(nóng)作物的生長“調(diào)理師”[N];科技日報;2013年

5 錢錚;特定蛋白質(zhì)影響營養(yǎng)吸收[N];人民日報;2007年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 于杰;一種ABC轉(zhuǎn)運蛋白ArtI-Art(QN)_2復合物的結(jié)構(gòu)與功能研究[D];清華大學;2015年

2 艾鵬慧;水稻磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白OsPht1;2和OsPht1;6表達調(diào)控和功能的研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學;2009年

3 孟森;林木細根氮素吸收動態(tài)及氮轉(zhuǎn)運蛋白基因表達[D];西北農(nóng)林科技大學;2016年

4 曾昕;源自大腸桿菌的木糖：質(zhì)子同轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)構(gòu)與功能研究[D];清華大學;2016年

5 金宏濱;藥用植物ABC轉(zhuǎn)運蛋白基因的克隆與特征研究[D];上海交通大學;2007年

6 李艷紅;ABC轉(zhuǎn)運蛋白超家族中致病性SNPs的研究[D];中國科學院研究生院（大連化學物理研究所）;2007年

7 趙巖;大腸桿菌二肽轉(zhuǎn)運蛋白YbgH結(jié)構(gòu)與功能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2015年

8 郭曉賢;跨膜區(qū)突變對ABC轉(zhuǎn)運蛋白Pdr5p功能的影響及其機制研究[D];浙江大學;2012年

9 謝小東;煙草ABC轉(zhuǎn)運蛋白家族鑒定及次生代謝物質(zhì)轉(zhuǎn)運的功能研究[D];重慶大學;2014年

10 伍國強;Na~+轉(zhuǎn)運蛋白基因在荒漠植物霸王響應鹽和干旱中的作用研究[D];蘭州大學;2011年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 康立敏;基于越橘果實轉(zhuǎn)錄組測序WBC型ABC轉(zhuǎn)運蛋白的基因發(fā)掘、克隆和表達分析[D];吉林農(nóng)業(yè)大學;2015年

2 張曉燕;海洋微生物鉀轉(zhuǎn)運蛋白基因trkH的克隆與表達[D];大連理工大學;2015年

3 李倩;特異表達甘薯蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白基因IbSUT對煙草淀粉合成的影響[D];電子科技大學;2014年

4 魏曉鈺;蘋果中糖轉(zhuǎn)運蛋白的鑒定及兩個己糖轉(zhuǎn)運蛋白功能的初步研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2015年

5 張清;甘蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白超家族基因演化與表達分析[D];福建農(nóng)林大學;2016年

6 康新樂;禾谷縊管蚜ABC轉(zhuǎn)運蛋白基因克隆及其表達特性研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2016年

7 楊琳;蘋果鉀轉(zhuǎn)運蛋白基因家族表達及干旱條件下根系鉀吸收轉(zhuǎn)運特性分析[D];西北農(nóng)林科技大學;2016年

8 段建鋒;接種叢枝菌根真菌對小麥根內(nèi)氮磷轉(zhuǎn)運蛋白基因表達的影響[D];西北農(nóng)林科技大學;2016年

9 張殊慧;番茄磷轉(zhuǎn)運蛋白SlPht3基因最小表達框轉(zhuǎn)化小麥對磷素營養(yǎng)的應答[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學;2016年

10 師雙鋒;速生植物硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白編碼基因的克隆和功能研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學院;2016年

，

本文編號：1344821