ATPを認識するシーケンスと構造モチーフの体系的な調査

多機能および遍在性ヌクレオチド、およびタンパク質との相互作用は、代謝にエネルギーを供給するリン酸化、ポリペプチド合成、ATP加水分解を初期化します。ただし、ATPがタンパク質によって認識されるメカニズムに関する現在の知識は、不完全で、散乱し、不正確です。ATPを認識するタンパク質の配列と構造モチーフを体系的に調査します。3つの新しいモチーフを特定し、既知のPループとクラスIIアミノアシル-TRNAシンテターゼモチーフを洗練しました。5つのモチーフは、既知のタンパク質構造の5％以上に関係する5つの異なるATPタンパク質相互作用モードを定義しています。これらのモチーフは一般的なGXGトリペプチドを共有しているが、異なる官能基を通じてATPを認識することを実証します。Pループモチーフは、リン酸塩を介してATPを認識し、クラスIIアミノアシル-TRNAシンテターゼモチーフはアデノシンを標的とし、他の3つのモチーフはリン酸塩とアデノシンの両方を認識します。一部のモチーフは、さまざまな酵素タイプで共有されていることを示しています。統計テストは、5つの配列モチーフがヌクレオチド結合タンパク質と有意に関連していることを示しています。PDBでの大規模なテストは、構造モチーフの1つを含むタンパク質の約98％がATPに結合することが確認されていることを明らかにしています。

Interaction between ATP, a multifunctional and ubiquitous nucleotide, and proteins initializes phosphorylation, polypeptide synthesis and ATP hydrolysis which supplies energy for metabolism. However, current knowledge concerning the mechanisms through which ATP is recognized by proteins is incomplete, scattered, and inaccurate. We systemically investigate sequence and structural motifs of proteins that recognize ATP. We identified three novel motifs and refined the known p-loop and class II aminoacyl-tRNA synthetase motifs. The five motifs define five distinct ATP-protein interaction modes which concern over 5% of known protein structures. We demonstrate that although these motifs share a common GXG tripeptide they recognize ATP through different functional groups. The p-loop motif recognizes ATP through phosphates, class II aminoacyl-tRNA synthetase motif targets adenosine and the other three motifs recognize both phosphates and adenosine. We show that some motifs are shared by different enzyme types. Statistical tests demonstrate that the five sequence motifs are significantly associated with the nucleotide binding proteins. Large-scale test on PDB reveals that about 98% of proteins that include one of the structural motifs are confirmed to bind ATP.