The structure and function of HPr

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Abstract

Histidine-containing phosphocarrier protein, HPr, was one of the early protein tertiary structures determined by two-dimensional 1H-NMR. Tertiary structures for HPrs from Escherichia coli, Bacillus subtilis,and Staphylococcus aureus have been obtained by 1H NMR and the overall folding pattern of HPr is highly conserved, a beta alpha beta beta alpha beta alpha arrangement of three alpha-helices overlaying a four-stranded beta-sheet. High-resolution structures for HPrs from E. coli and B. subtilis have been obtained using 15N- and 13C-labeled proteins. The first application of NMR to the understanding of the structure and function of HPr was to describe the phosphohistidine isomer, Ndelta1-P-histidine in S. aureus phospho-HPr, and the unusual pKas of the His-15 side chain. The pKa values for the His-15 imidazole from more recent studies are 5.4 for HPr and 7.8 for phospho-HPr from E. coli, for example. A consensus description of the active site is proposed for HPr and phospho-HPr. In HPr, His-15 has a defined conformation and N-caps helix A, and is thus affected by the helix dipole. His-15 undergoes a small conformational change upon phosphorylation, a movement to allow the phosphoryl group to be positioned such that it forms hydrogen bonds with the main chain amide nitrogens of residue 16 (not conserved) and Arg-17. Interactions between residue 12 side chain (not conserved: asparagine, serine, and threonine) and His-15, and between the Arg-17 guanidinium group and the phosphoryl group, are either weak or transitory.

La protéine de phosphotransport à histidine, la HPr, est une des premières protéines dont la structure tertiaire a été déterminée par RMN-1H bidimensionnelle. Les structures tertiaires des HPr de Escherichia coli, Bacillus subtilis et Staphylococcus aureus ont été déterminées à l'aide de la RMN-1H. Le mode global de repliement de la HPr, un arrangement beta alpha beta beta alpha beta alpha de trois hélices alpha recouvrant un feuillet beta à quatre brins, est très conservé. Les structures à haute résolution des HPr de E. coli et B. subtilis ont été obtenues en utilisant des protéines marquées au 15N et au 13C. La RMN-1H a servi la première fois à la compréhension de la structure et de la fonction de la HPr lorsqu'elle a été utilisée pour décrire l'isomère de la phosphohistidine, la Ndelta1-P-histidine de la HPr phosphorylée de S. aureus et les pKa inhabituels de la chaîne latérale de l'His15. Par exemple, les pKa du groupe imidazole de l'His-15 déterminés plus récemment sont 5,4 dans le cas de la HPr et 7,8 dans le cas de la HPr phosphorylée de E. coli. Une structure consensus du site actif est proposée pour la HPr et la HPr phosphorylée. Dans HPr, l'His-15 a une conformation définie et elle recouvre l'extrémité N de l'hélice A et est ainsi affectée par le dipôle de l'hélice. L'His-15 subit un petit changement de conformation lors de sa phosphorylation, un mouvement qui permet au groupe phosphoryle d'être placé de sorte à former des liaisons hydrogène avec les atomes d'azote des amides de la chaîne principale du résidu 16 (non conservé) et de l'Arg-17. Les interactions entre la chaîne latérale du résidu 12 (non conservé: asparagine, sérine et thréonine) et l'His-15 et entre le groupe guanidine de l'Arg-17 et le groupe phosphoryle sont faibles ou transitoires. [Traduit par la Rédaction]

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