二聚体蝎钠通道毒素的1.4 分辨率晶体结构:反常非脯氨酸顺式肽键及其内在结构因素(英文)  

A Dimeric Structure of The Scorpion Toxin BmK M1 at 1.4  Resolution: Non-proline cis Peptide Bond and Its Inntrinsic Structural Elements

作　　者：何小林[1] 管荣津[1] 张英[1] 王大成[1] 

机构地区：[1]中国科学院生物物理研究所,北京100101

出　　处：《生物化学与生物物理进展》2006年第3期231-240,共10页Progress In Biochemistry and Biophysics

基　　金：国家自然科学基金(30370320);中国科学院知识创新工程(KSCX1-SW-17,KSCX2-SW-322)资助项目~~

摘　　要：报道了以二聚体存在的dimo-BmKM1的1.4!分辨率晶体结构.蛋白质中的肽键是局部双键,不可旋转,因此具有顺式(cis)和反式(trans)两种构型,它们不能通过旋转操作相互转换.非脯氨酸顺式肽键是指形成该肽键的氨基是由脯氨酸以外的氨基酸提供的(Xaa-nonPro),这类肽键的顺式构型的自由能远比反式高,因此极少出现在天然蛋白质结构中.事实上,在长时间中,多肽链的“反式肽键连接”被视为蛋白质结构的一条基本规则,把顺式肽键视为不可能.随着高分辨率精确蛋白质结构数量的增加,近年来有详细的统计分析揭示,非脯氨酸顺式肽键(Xaa-nPro)在蛋白质结构中出现的几率为0.03%～0.05%,而且大多存在于功能敏感的结构区域,可能具有重要意义.但由于所用的基本结构数据都来自晶体结构,对这种反常肽键是否由结晶环境影响而形成,存在疑问.此前曾在以单体形式存在的蝎神经毒素mono-BmKM1的高分辨率结构中发现其中肽键Pro9-His10是非脯氨酸顺式肽键,并详细分析了其结构-功能意义.以二聚体存在的dimo-BmKM1的1.4"分辨率晶体结构表明,它与mono-BmKM1有不同的空间群、不同的分子堆积方式,不同的晶体环境.结构模型被高度精化,Rcryst达到0.109.dimo-BmKM1结构显示,在不对称单位中的两个M1分子在同一位置(残基9-10之间)都清晰地存在顺式肽键.立体化学分析显示,这一肽键的几何参数和局部结构与mono-BmKM1中的(9-10)顺式肽键基本相同.这一结果表明,非脯氨酸顺式肽键9-10的存在与结晶环境无关,是BmKM1分子的固有结构特征.在此基础上,综合分析了与顺式、反式肽键相关的结构元素,发现与残基(8-19)序列模体-KPXNC-(X为任意氨基酸)所决定的特征回折结构可能是分子内在的主要结构因素,其中第8位残基是Lys或Asp对决定肽键是顺式还是反式有关键作用.近来的突变实验及其晶体结构测定已证实,Lys8/Asp8�Non-proline cis peptide bond is rarely found in proteins. The recent surveys revealed that this unusual peptide configuration is by no means a curiosity, but overwhelmingly occurs at functionally important sites. However one still doubts whether it is related to crystal packing interactions, since all non-proline cis peptide bonds identified so far are from crystal structures. A toxin BmK MI from the scorpion Buthus martensii Karsch have been crystallized as a dimer in space group P212121 with unit-cell dimensions a = 76.39A, b=52.77 A, c=27.12 A. This dimeric structure was solved by molecular replacement and refined to R=0.109 for all reflections at a resolution of 1.4 A. The extensively refined structure definitely shows that the cis peptide bond Pro9-His10 equally occurs in both molecule A and molecule B in the dimer. The observation manifested that this striking non-proline cis peptide is not related to crystal packing, but caused by certain intrinsic factors. The detailed analyses and comparison with the structure of BmK M8, which is homologous to MI but has trans pcptide bond 9-10, showed that the five-residue reverse （8～12） with a consensus sequence （-KPXNC-） may be the intrinsic structural element for the cis form of this pcptide bond. A pair of well organized main-chain hydrogen bond between residues 10 in cis unit and 64 at C-terminus forms main tertiary interactions to stabilize this energetically unfavorable peptide bond.

关 键 词：非脯氨酸顺式肽键 晶体结构 神经毒素 蝎Buthus martensii Karsch 

分 类 号：Q617[生物学—生物物理学]