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ATP結合モチーフは、 ATP結合タンパク質の一次構造内の 250 残基の配列です。結合モチーフは、タンパク質の構造および/または機能に関連しています。[1] ATP はエネルギー分子であり、多くの生物学的反応に関与する補酵素になることができます。ATP は結合部位を介して他の分子と相互作用することに長けています。ATP 結合部位は、ATP が酵素を触媒的に活性化し、その結果 ADP に加水分解される環境です。[2] ATP が結合すると、相互作用している酵素の構造変化が起こります。[3]
このようなモチーフの遺伝的および機能的な類似性は、ミクロ進化を示しています。つまり、タンパク質は独立して発達するのではなく、他の酵素から同じ結合配列を採用してきたのです。[4]
ATP結合モチーフの代表例とも言えるATP結合部位は、活性膜輸送体、微小管サブユニット、鞭毛タンパク質、さまざまな加水分解酵素やタンパク質分解酵素など、エネルギー（ATPから）の入力を必要とする多くのタンパク質に存在します。[5]
一次配列
ATP結合に関与する短いモチーフには、ウォーカーモチーフ、ウォーカーA（Pループとも呼ばれる）、ウォーカーB、Cモチーフ、スイッチモチーフがある。[6]
ウォーカーAモチーフ
ウォーカー部位AはGxxGxGKSまたはGxxGxGKTの一次アミノ酸配列を持っています。文字xは任意のアミノ酸を表すことができます。[7]
ウォーカーBモチーフ
ウォーカーB部位の一次アミノ酸配列はhhhhDであり、hは任意の疎水性アミノ酸を表す。 [7]
Cモチーフ
Cモチーフはシグネチャーモチーフ、LSGGQモチーフ、またはリンカーペプチドとしても知られ、 LSGGQQ/R/KQRの一次アミノ酸配列を持っています。[8] [9]
ウォーカー部位AとBの両方の一次配列で使用できるさまざまなアミノ酸の多様性により、配列内の非変異アミノ酸は高度に保存されています。これらのアミノ酸のいずれかの変異は、ATP結合に影響を与えたり、酵素の触媒活性を妨げたりします。[7]一次アミノ酸配列は、各モチーフの3次元構造を決定します。[3]
構造
すべてのATP結合ドメインは、推定250残基と2つのサブユニットで構成され、二量体を形成します。これらの残基は6つのαヘリックスと5つのβストランドに折り畳まれています。[7] [9]
ウォーカーAモチーフ
構造的には、ウォーカーAモチーフはαヘリックスから構成され、常にグリシンを多く含むループが続く。[7]
ウォーカーBモチーフ
ウォーカーBモチーフはβストランドである。ウォーカーモチーフは約100残基のペプチド配列によって互いに結合している。構造的には、これらの結合残基はαヘリックスドメインに折り畳まれる。[7]
Cモチーフ
ウォーカーBのモチーフのすぐ後には、署名モチーフが続きます。[7]
スイッチモチーフ
スイッチモチーフはATP結合タンパク質のβ4鎖末端に位置することがわかっている。[7]
関数
各ATP結合モチーフは、ATPの結合に直接関与しているか、ATP結合カセット（ABC）トランスポーターの構築を補助しているかなど、それぞれ異なる役割を果たします。[6] ATP分子は二量体の各サブユニットの接続点に結合し、触媒作用中にATPが両方のサブユニットに近接していることを示しています。ATPが直接相互作用する2つの結合モチーフは、サブユニットの1つにあるウォーカーAモチーフの残基と、もう1つのサブユニットにあるC結合モチーフの残基です。ウォーカーA結合モチーフには、ATPの結合に不可欠なリジン側鎖があります。リジン残基は、ATP内の2つのリン酸基の酸素原子と水素結合を形成し、結合部位でATPの近接性と配向を生み出します。[9] [7]
ウォーカー A モチーフが ATP に結合するには、ATP 分子が結合部位になければなりません。シグネチャー モチーフはウォーカー A モチーフへのシグナルとして機能し、ATP 分子が結合部位に結合したことをウォーカー A に知らせます。シグネチャー モチーフは、その残基が位置するサブユニットからウォーカー A モチーフがある他のサブユニットに伸びることによってこれを行います。触媒活性構造を完成させるには、ATP が両方のヌクレオチド結合ドメインに結合することが必要です。[9]
ウォーカーBモチーフは短い配列内にアミノ酸グルタミン酸を含んでいます。グルタミン酸はATP分子に対して求核攻撃を行うために使われます。 [6]
スイッチ結合モチーフにはヒスチジン残基が見られる。ヒスチジンの機能は、ウォーカーAモチーフとウォーカーBモチーフを含む二量体界面を横切る残基と接触することで、触媒的に反応に影響を与えることである。ATP分子と二量体の結合の間に密接な結合を形成するのはヒスチジン残基である。[6] [9]
ADPの加水分解に続いて、ATP結合カセットを分離するために構造変化が起こる必要がある。この分離は、ウォーカーAモチーフに結合したADP生成物とCモチーフに結合した無機リン酸生成物による静電反発によって引き起こされる。[10]
参考文献
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