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ATP 的结合对钙泵有何作用,以及在没有 Ca 的情况下如何防止非生产性磷酸化转移。

What ATP binding does to the Ca pump and how nonproductive phosphoryl transfer is prevented in the absence of Ca.

机构信息

Institute for Quantitative Biosciences, The University of Tokyo, 113-0032 Tokyo, Japan.

Institute for Quantitative Biosciences, The University of Tokyo, 113-0032 Tokyo, Japan

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Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Aug 4;117(31):18448-18458. doi: 10.1073/pnas.2006027117. Epub 2020 Jul 16.

Abstract

Under physiological conditions, most Ca-ATPase (SERCA) molecules bind ATP before binding the Ca transported. SERCA has a high affinity for ATP even in the absence of Ca, and ATP accelerates Ca binding at pH values lower than 7, where SERCA is in the E2 state with low-affinity Ca-binding sites. Here we describe the crystal structure of SERCA2a, the isoform predominant in cardiac muscle, in the E2·ATP state at 3.0-Å resolution. In the crystal structure, the arrangement of the cytoplasmic domains is distinctly different from that in canonical E2. The A-domain now takes an E1 position, and the N-domain occupies exactly the same position as that in the E1·ATP·2Ca state relative to the P-domain. As a result, ATP is properly delivered to the phosphorylation site. Yet phosphoryl transfer never takes place without the filling of the two transmembrane Ca-binding sites. The present crystal structure explains what ATP binding itself does to SERCA and how nonproductive phosphorylation is prevented in E2.

摘要

在生理条件下,大多数钙 - 三磷酸腺苷酶(SERCA)分子在结合 Ca 之前结合 ATP。SERCA 对 ATP 的亲和力很高,即使在没有 Ca 的情况下也是如此,并且在 pH 值低于 7 的情况下,ATP 会加速 Ca 的结合,此时 SERCA 处于低亲和力 Ca 结合位点的 E2 状态。在这里,我们描述了在 3.0-Å 分辨率下以 E2·ATP 状态存在的心脏肌肉中主要存在的 SERCA2a 同工型的晶体结构。在晶体结构中,细胞质结构域的排列明显不同于典型的 E2。A 结构域现在占据 E1 位置,而 N 结构域相对于 P 结构域占据与 E1·ATP·2Ca 状态完全相同的位置。结果,ATP 被正确地递送到磷酸化位点。然而,在两个跨膜 Ca 结合位点未填充的情况下,磷酸化转移永远不会发生。目前的晶体结构解释了 ATP 结合本身对 SERCA 的作用,以及如何防止 E2 中的非生产性磷酸化。

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