Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/53283
標題: 以X-光結晶學探討二種生物巨分子之搬運機組-第IIA型DNA拓撲異構脢與第二型蛋白分泌機組
X-Ray Crystallographic Analysis of Two Macromolecule Transport Machines-Type IIA DNA Topoisomerase and Type II Protein Secretion Apparatus
作者: 詹迺立
樊琳
關鍵字: 化學類;基礎研究;IIA 型DNA 拓撲異構.;第二型蛋白分泌機制;蛋白分子結晶;X-光晶體結構解析
摘要: 
細胞是一個有高度組織性的生命基本單元,除了少數小分子係被動地藉由物理擴散作用於細胞內分佈,生物體內絕大多數分子的移動,從各種離子及小分子有機物的傳輸;以至蛋白質、DNA 等大分子的搬運,細胞內皆有其專屬的運輸機轉。本研究即希望從結構的觀點,來探討生物體用來搬運DNA 及蛋白質的兩種重要機制:IIA 型DNA拓撲異構.和第二型蛋白分泌機制。一﹑IIA 型DNA 拓撲異構.:利用ATP 水解所產生的能量,本型酵素可催化一段雙股DNA 的斷裂與接合,以造成DNA 分子超螺旋態(supercoil)或拓撲構形(topology)的改變。由於DNA 分子的結構直接影響複製、轉錄、重組、轉置、以及同源染色體分離等重要生化反應,因此IIA 型DNA 拓撲異構.是生物體不可或缺的重要蛋白,也因此,許多的抗癌藥物與抗生素,皆經由對此酵素活性的抑制,來消滅癌細胞和病菌。結構上本型酵素具有四個主要的功能區:從蛋白之N-端開始分別為ATPase、Toprim、DNA cleavage/religation、及C-端功能區。雖然生化學家對此酵素的功能層面已有相當深入的認識,且已知各功能區之間的交互作用與酵素活性密切相關,但目前對其三維結構的瞭解僅止於獨立存在的ATPase、Toprim、DNA cleavage/religation 等三個功能區,以致對此酵素結構與功能間關聯的瞭解仍十分片段。若要更深入的探討此酵素的分子機制,我們應進一步研究以下課題:1)未知之C-端功能區的三維結構,2)各個功能區相互結合的方式,3) 各功能區之間交互作用的調控機制,4) DNA 與酵素形成之複合體的結構,5) DNA 嵌入性抗癌藥物和DNA–酵素複合體之結合模式。為探討上述課題,本實驗室已於日前利用同步輻射光源(SPring8,Japan)判定其C-端功能區的三維晶體結構,並已獲得此酵素之ATPase 及Toprim 二功能區蛋白複合體的共結晶。此外、我們已建構完成一且具有此酵素所有活性的胺基酸去除突變蛋白以進行後續的結晶實驗。基於這些初步結果,本計劃的執行當可為IIA 型DNA拓撲異構.的研究提供重要的結構訊息。二﹑第二型蛋白分泌機制:格蘭氏陰性菌細胞表面具有內外兩層胞膜,因此在胞內合成的各種胞外蛋白質,必須藉由各型蛋白分泌機制方能送達胞外。在目前已知的六型蛋白分泌機制中,以第二型蛋白分泌機制的分佈最廣,由細菌產生的胞外水解酵素與毒素蛋白,大多藉由本型蛋白分泌機制被運送至胞外。第二型蛋白分泌機組是一個由約12 ~ 15 個不同蛋白組合而成、橫跨細菌內外膜的巨大蛋白複合體,這些不同的組成蛋白依其存在位置與功能可被分為四大類,其中位於外胞膜的XpsD 蛋白會聚合形成環狀的通道。為了避免胞內的物質經由此通道溢出胞外而流失,此通道的開與關是受到嚴密調控的,目前的研究顯示XpsE、XpsL、XpsM、及XpsN 等蛋白皆與分泌途徑的調控有關。為探討此一分泌途徑的分子調節機制,本實驗室已成功得到XpsE 蛋白N-端功能區的單晶,並已利用同步輻射光源獲得初步的電子密度圖。當前之研究重點即在解析XpsE 及其他調控蛋白的X-光晶體結構。
URI: http://hdl.handle.net/11455/53283
其他識別: NSC93-2113-M005-018
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