Structural and biophysical characterization of the tandem substrate-binding domains of the ABC importer GlnPQ

等温滴定量热法 费斯特共振能量转移 生物 连接器 生物物理学 跨膜结构域 配体(生物化学) 单分子微动 ATP结合盒运输机 跨膜蛋白 构象变化 生物化学 蛋白质结构 转运蛋白 血浆蛋白结合 运输机 氨基酸 荧光 物理 受体 量子力学 计算机科学 基因 操作系统
作者
Evelyn Ploetz,Gea K. Schuurman‐Wolters,Niels Zijlstra,Amarins W. Jager,Douglas A. Griffith,Albert Guskov,Giorgos Gouridis,Bert Poolman,Thorben Cordes
出处
期刊:Open Biology [Royal Society]
卷期号:11 (4) 被引量:11
标识
DOI:10.1098/rsob.200406
摘要

The ATP-binding cassette transporter GlnPQ is an essential uptake system that transports glutamine, glutamic acid and asparagine in Gram-positive bacteria. It features two extra-cytoplasmic substrate-binding domains (SBDs) that are linked in tandem to the transmembrane domain of the transporter. The two SBDs differ in their ligand specificities, binding affinities and their distance to the transmembrane domain. Here, we elucidate the effects of the tandem arrangement of the domains on the biochemical, biophysical and structural properties of the protein. For this, we determined the crystal structure of the ligand-free tandem SBD1-2 protein from Lactococcus lactis in the absence of the transporter and compared the tandem to the isolated SBDs. We also used isothermal titration calorimetry to determine the ligand-binding affinity of the SBDs and single-molecule Förster resonance energy transfer (smFRET) to relate ligand binding to conformational changes in each of the domains of the tandem. We show that substrate binding and conformational changes are not notably affected by the presence of the adjoining domain in the wild-type protein, and changes only occur when the linker between the domains is shortened. In a proof-of-concept experiment, we combine smFRET with protein-induced fluorescence enhancement (PIFE–FRET) and show that a decrease in SBD linker length is observed as a linear increase in donor-brightness for SBD2 while we can still monitor the conformational states (open/closed) of SBD1. These results demonstrate the feasibility of PIFE–FRET to monitor protein–protein interactions and conformational states simultaneously.
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