De novo design of a transmembrane Zn 2+ -transporting four-helix bundle

螺旋束 捆绑 结晶学 合作性 化学 离子 跨膜蛋白 蛋白质设计 螺旋(腹足类) 生物物理学 化学物理 蛋白质结构 材料科学 生物 生物化学 生态学 受体 有机化学 蜗牛 复合材料
作者
Nathan H. Joh,Tuo Wang,Manasi Bhate,Rudresh Acharya,Yibing Wu,Michael Grabe,Mei Hong,Gevorg Grigoryan,William F. DeGrado
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:346 (6216): 1520-1524 被引量:273
标识
DOI:10.1126/science.1261172
摘要

The design of functional membrane proteins from first principles represents a grand challenge in chemistry and structural biology. Here, we report the design of a membrane-spanning, four-helical bundle that transports first-row transition metal ions Zn(2+) and Co(2+), but not Ca(2+), across membranes. The conduction path was designed to contain two di-metal binding sites that bind with negative cooperativity. X-ray crystallography and solid-state and solution nuclear magnetic resonance indicate that the overall helical bundle is formed from two tightly interacting pairs of helices, which form individual domains that interact weakly along a more dynamic interface. Vesicle flux experiments show that as Zn(2+) ions diffuse down their concentration gradients, protons are antiported. These experiments illustrate the feasibility of designing membrane proteins with predefined structural and dynamic properties.

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