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通过在膜表面募集和定向,激活水解。

activates hydrolysis by recruiting and orienting on the membrane surface.

机构信息

Laboratory of Molecular Neurobiology and Biophysics, The Rockefeller University, New York, NY 10065.

HHMI, The Rockefeller University, New York, NY 10065.

出版信息

Proc Natl Acad Sci U S A. 2023 May 16;120(20):e2301121120. doi: 10.1073/pnas.2301121120. Epub 2023 May 12.

Abstract

catalyze the hydrolysis of phosphatidylinositol 4, 5-bisphosphate [Formula: see text] into [Formula: see text] [Formula: see text] and [Formula: see text]  [Formula: see text]. [Formula: see text] regulates the activity of many membrane proteins, while and lead to increased intracellular Ca levels and activate protein kinase C, respectively. are regulated by G protein-coupled receptors through direct interaction with [Formula: see text] and [Formula: see text] and are aqueous-soluble enzymes that must bind to the cell membrane to act on their lipid substrate. This study addresses the mechanism by which [Formula: see text] activates 3. We show that 3 functions as a slow Michaelis-Menten enzyme ( [Formula: see text] ) on membrane surfaces. We used membrane partitioning experiments to study the solution-membrane localization equilibrium of 3. Its partition coefficient is such that only a small quantity of 3 exists in the membrane in the absence of [Formula: see text] . When [Formula: see text] is present, equilibrium binding on the membrane surface increases 3 in the membrane, increasing [Formula: see text] in proportion. Atomic structures on membrane vesicle surfaces show that two [Formula: see text] anchor 3 with its catalytic site oriented toward the membrane surface. Taken together, the enzyme kinetic, membrane partitioning, and structural data show that [Formula: see text] activates by increasing its concentration on the membrane surface and orienting its catalytic core to engage [Formula: see text] . This principle of activation explains rapid stimulated catalysis with low background activity, which is essential to the biological processes mediated by [Formula: see text], and .

摘要

催化磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸[公式:见文本]水解为[公式:见文本] [公式:见文本]和[公式:见文本]。[公式:见文本]调节许多膜蛋白的活性,而[公式:见文本]和[公式:见文本]导致细胞内 Ca 水平升高,分别激活蛋白激酶 C。通过与[公式:见文本]和[公式:见文本]直接相互作用,[公式:见文本]受 G 蛋白偶联受体调节,并且是水溶性酶,必须与细胞膜结合才能作用于其脂质底物。本研究探讨了[公式:见文本]激活 3 的机制。我们表明,3 在膜表面上作为缓慢的米氏酶([公式:见文本])起作用。我们使用膜分区实验研究 3 在溶液-膜定位平衡中的作用。其分配系数使得在没有[公式:见文本]的情况下,只有少量的 3 存在于膜中。当[公式:见文本]存在时,膜表面上的平衡结合增加了膜中的 3,相应地增加了[公式:见文本]。膜囊泡表面的原子结构表明,两个[公式:见文本]将 3 锚定在膜上,其催化位点朝向膜表面。综上所述,酶动力学、膜分区和结构数据表明,[公式:见文本]通过增加其在膜表面上的浓度并将其催化核心定向与[公式:见文本]结合来激活 3。这种激活原理解释了具有低背景活性的快速刺激催化,这对于由[公式:见文本]和[公式:见文本]介导的生物过程至关重要。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/4f31/10194004/63d1687bde6e/pnas.2301121120fig01.jpg

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