ATP-Bindungsmotiv

Ein ATP-Bindungsmotiv ist eine 250 Aminosäuren umfassende Sequenz innerhalb der Primärstruktur eines ATP - bindenden Proteins. Das Bindungsmotiv ist mit der Struktur und/oder Funktion des Proteins assoziiert. ^{[ 1 ]} ATP ist ein Energiemolekül und kann als Coenzym an zahlreichen biologischen Reaktionen beteiligt sein. ATP interagiert effizient mit anderen Molekülen über eine Bindungsstelle. Die ATP-Bindungsstelle ist die Umgebung, in der ATP das Enzym katalytisch aktiviert und dadurch zu ADP hydrolysiert wird. ^{[ 2 ]} Die Bindung von ATP bewirkt eine Konformationsänderung des Enzyms, mit dem es interagiert. ^{[ 3 ]}

Die genetische und funktionelle Ähnlichkeit eines solchen Motivs belegt die Mikroevolution : Proteine ​​haben dieselbe Bindungssequenz von anderen Enzymen übernommen, anstatt sie unabhängig zu entwickeln. ^{[ 4 ]}

ATP-Bindungsstellen, die repräsentativ für ein ATP-Bindungsmotiv sein können, sind in vielen Proteinen vorhanden, die eine Energiezufuhr (aus ATP) benötigen, wie z. B. aktive Membrantransporter , Mikrotubuli- Untereinheiten, Flagellenproteine ​​und verschiedene hydrolytische und proteolytische Enzyme. ^{[ 5 ]}

Zu den kurzen Motiven, die die ATP-Bindung beinhalten, gehören die Walker-Motive , Walker A, auch bekannt als P-Schleife, und Walker B, sowie das C-Motiv und das Schaltmotiv. ^{[ 6 ]}

Die Walker-Bindungsstelle A besitzt die primäre Aminosäuresequenz GxxGxGKS oder GxxGxGKT . Der Buchstabe x kann für jede beliebige Aminosäure stehen. ^{[ 7 ]}

Die primäre Aminosäuresequenz der Walker-B-Bindungsstelle lautet hhhhD , wobei h für eine beliebige hydrophobe Aminosäure steht . ^{[ 7 ]}

Das C-Motiv, auch bekannt als Signaturmotiv, LSGGQ-Motiv oder Linkerpeptid, hat die primäre Aminosäuresequenz LSGGQQ/R/KQR . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Aufgrund der Vielfalt an Aminosäuren, die in der Primärsequenz der Walker-Bindungsstellen A und B vorkommen können, sind die nicht-varianten Aminosäuren innerhalb der Sequenz hochkonserviert . Eine Mutation einer dieser Aminosäuren beeinträchtigt die ATP-Bindung oder stört die katalytische Aktivität des Enzyms. ^{[ 7 ]} Die primäre Aminosäuresequenz bestimmt die dreidimensionale Struktur jedes Motivs. ^{[ 3 ]}

Alle ATP-Bindungsdomänen bestehen aus schätzungsweise 250 Aminosäureresten und zwei Untereinheiten, die ein Dimer bilden . Diese Aminosäurereste sind zu sechs α-Helices und fünf β-Faltblättern gefaltet. ^{[ 7 ] [ 9 ]}

Strukturell besteht das Walker-A-Motiv aus einer α-Helix , an die sich stets eine glycinreiche Schleife anschließt. ^{[ 7 ]}

Das Walker-B-Motiv ist ein β-Strang . Die Walker-Motive sind durch eine Peptidsequenz von etwa 100 Aminosäuren miteinander verbunden. Strukturell falten sich diese verbindenden Aminosäuren zu einer α-helikalen Domäne. ^{[ 7 ]}

Unmittelbar im Anschluss an das Walker-B-Motiv befindet sich das Signaturmotiv. ^{[ 7 ]}

Es wurde festgestellt, dass sich das Schaltmotiv am Ende des β4-Strangs in ATP-bindenden Proteinen befindet. ^{[ 7 ]}

Jedes ATP-Bindungsmotiv erfüllt eine spezifische Funktion, sei es die direkte Bindung von ATP oder die Unterstützung beim Aufbau des ATP-bindenden Kassetten-Transporters (ABC-Transporter) . ^{[ 6 ]} Das ATP-Molekül bindet an den Verbindungspunkt jeder Untereinheit des Dimers, was darauf hindeutet, dass sich ATP während der Katalyse in unmittelbarer Nähe beider Untereinheiten befindet. Die beiden Bindungsmotive, mit denen ATP direkt interagiert, sind die Aminosäurereste des Walker-A-Motivs auf einer der Untereinheiten und die Aminosäurereste des C-Bindungsmotivs auf der anderen Untereinheit. Das Walker-A-Bindungsmotiv besitzt eine Lysin- Seitenkette, die für die ATP-Bindung essenziell ist. Der Lysinrest bildet Wasserstoffbrückenbindungen mit den Sauerstoffatomen zweier Phosphatgruppen innerhalb des ATP und bewirkt so die räumliche Nähe und Orientierung des ATP im Bindungszentrum. ^{[ 9 ] [ 7 ]}

Damit das Walker-A-Motiv an ATP binden kann, muss sich das ATP-Molekül in der Bindungsstelle befinden. Das charakteristische Motiv dient als Signal für das Walker-A-Motiv und signalisiert diesem die Bindung des ATP-Moleküls. Dies geschieht, indem sich die Aminosäurereste des charakteristischen Motivs von der Untereinheit, in der sie sich befinden, in die andere Untereinheit, in der sich das Walker-A-Motiv befindet, erstrecken. Die Bindung von ATP an beide Nukleotidbindungsdomänen ist notwendig, um die katalytisch aktive Struktur zu vervollständigen. ^{[ 9 ]}

Das Walker-B-Motiv enthält die Aminosäure Glutamat innerhalb der kurzen Sequenz. Glutamat kann für einen nukleophilen Angriff auf das ATP-Molekül verwendet werden. ^{[ 6 ]}

Im Schaltmotiv befindet sich ein Histidinrest . Dessen Funktion besteht darin, die Reaktion katalytisch zu beeinflussen, indem er mit Resten an der Dimerschnittstelle interagiert, darunter das Walker-A-Motiv und das Walker-B-Motiv. Der Histidinrest bewirkt die enge Kopplung zwischen der Bindung des ATP-Moleküls und dem Dimer. ^{[ 6 ] [ 9 ]}

Nach der Hydrolyse von ADP muss eine Konformationsänderung erfolgen, um die ATP-Bindungskassette abzutrennen. Diese Trennung wird durch eine elektrostatische Abstoßung zwischen dem an das Walker-A-Motiv gebundenen ADP-Produkt und dem an das C-Motiv gebundenen anorganischen Phosphatprodukt bewirkt. ^{[ 10 ]}