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GTP/GDP 和镁离子对 FtsZ 蛋白溶剂化结构的影响:分子动力学研究。

Influence of GTP/GDP and magnesium ion on the solvated structure of the protein FtsZ: a molecular dynamics study.

机构信息

a LAMBE - UMR CNRS 8587, Université d'Evry-Val-d'Essonne, Rue du Père André Jarlan , 91025 , Evry Cedex , France .

出版信息

J Biomol Struct Dyn. 2014;32(6):916-27. doi: 10.1080/07391102.2013.799436. Epub 2013 Jun 19.

DOI:10.1080/07391102.2013.799436
PMID:23782014
Abstract

We present here a structural analysis of ten extensive all-atom molecular dynamics simulations of the monomeric protein FtsZ in various binding states. Since the polymerization and GTPase activities of FtsZ depend on the nature of a bound nucleotide as well as on the presence of a magnesium ion, we studied the structural differences between the average conformations of the following five systems: FtsZ-Apo, FtsZ-GTP, FtsZ-GDP, FtsZ-GTP-Mg, and FtsZ-GDP-Mg. The in silico solvated average structure of FtsZ-Apo significantly differs from the crystallographic structure 1W59 of FtsZ which was crystallized in a dimeric form without nucleotide and magnesium. The simulated Apo form of the protein also clearly differs from the FtsZ structures when it is bound to its ligand, the most important discrepancies being located in the loops surrounding the nucleotide binding pocket. The three average structures of FtsZ-GTP, FtsZ-GDP, and FtsZ-GTP-Mg are overall similar, except for the loop T7 located at the opposite side of the binding pocket and whose conformation in FtsZ-GDP notably differs from the one in FtsZ-GTP and FtsZ-GTP-Mg. The presence of a magnesium ion in the binding pocket has no impact on the FtsZ conformation when it is bound to GTP. In contrast, when the protein is bound to GDP, the divalent cation causes a translation of the nucleotide outwards the pocket, inducing a significant conformational change of the loop H6-H7 and the top of helix H7.

摘要

我们在此呈现了十个单体 FtsZ 蛋白在不同结合状态下的全原子分子动力学模拟的结构分析。由于 FtsZ 的聚合和 GTPase 活性取决于结合核苷酸的性质以及镁离子的存在,我们研究了以下五个系统的平均构象之间的结构差异:FtsZ-Apo、FtsZ-GTP、FtsZ-GDP、FtsZ-GTP-Mg 和 FtsZ-GDP-Mg。FtsZ-Apo 的计算溶剂化平均结构与 FtsZ 的结晶结构 1W59 显著不同,后者在没有核苷酸和镁的情况下以二聚体形式结晶。模拟的 Apo 形式的蛋白也明显不同于与配体结合的 FtsZ 结构,最重要的差异位于围绕核苷酸结合口袋的环中。FtsZ-GTP、FtsZ-GDP 和 FtsZ-GTP-Mg 的三个平均结构总体上相似,除了位于结合口袋对面的 T7 环,其在 FtsZ-GDP 中的构象明显不同于 FtsZ-GTP 和 FtsZ-GTP-Mg。当结合口袋中存在镁离子时,对结合 GTP 的 FtsZ 构象没有影响。相比之下,当蛋白与 GDP 结合时,二价阳离子会导致核苷酸向外移出口袋,引起 H6-H7 环和 H7 螺旋顶部的显著构象变化。

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