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膜蛋白的功能在关键程度上依赖于其周围的脂质双层；脂质双层既支持特异性的脂质-蛋白相互作用，又通过其整体性质施加约束。离子转运型ATP酶会经历大幅度的构象变化，从而扰动这些相互作用，而水的高化学势还可通过内部水合状态的变化进一步驱动构象转变。在本研究中，我们考察了嗜肺军团菌（Legionella pneumophila）P1B型铜ATP酶LpCopA中膜环境、内部水合与催化活性之间的关系。BADAN标记的LpCopA突变体显示，在保守的经典结合位点（CBS）半胱氨酸C382和C384附近存在不同的基础水合状态，其中C382所处环境的水合程度高于C384。利用渗透调节剂PEG-1500，BADAN的光谱响应表明，在掺入大肠杆菌脂质的混合胶束（MMs）中，LpCopA的平均内部水合体积约为800 Å3，对应约25个水分子。在纳米盘（NDs）中，仅有不到该体积一半的部分对渗透压产生响应，这与膜侧向压力作用下跨膜螺旋束发生致密化相一致。值得注意的是，在不同脂质重构体系中测得的ATP酶活性与内部水合程度呈比例关系，其中二异丁烯/马来酸脂质颗粒（DIBMALPs）导致最紧密的跨膜致密化和最低的基础活性。这些数据表明，LpCopA跨膜结构域的堆积密度和内部水合程度受到膜环境的强烈调控。进一步的能量学估算支持这样一种模型：在对抗膜侧向压力的过程中，依赖水合的跨膜结构域扩张会对ATP水解的自由能垒产生贡献。
膜模拟体系调控嗜肺军团菌铜 ATP 酶 LpCopA 的内部水合与催化活性 | bioRxiv
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膜模拟体系调控嗜肺军团菌铜 ATP 酶 LpCopA 的内部水合与催化活性
Lisa Nucke，Yun-Hsuan Huang，Jana Oertel，Satoru Tsushima，Karim Fahmy
doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.28.738645
Lisa Nucke 1 亥姆霍兹中心德累斯顿-罗森多夫研究中心； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本站搜索该作者 Lisa Nucke 的 ORCID 记录 通讯作者： l.nucke{at}hzdr.de
Yun-Hsuan Huang 2 马克斯-德尔布吕克中心； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本站搜索该作者
Jana Oertel 3 耶拿大学医院； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本站搜索该作者 Jana Oertel 的 ORCID 记录
Satoru Tsushima 1 亥姆霍兹中心德累斯顿-罗森多夫研究中心； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本站搜索该作者 Satoru Tsushima 的 ORCID 记录
Karim Fahmy 4 亥姆霍兹中心德累斯顿-罗森多夫研究中心 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在本站搜索该作者 Karim Fahmy 的 ORCID 记录
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摘要
膜蛋白功能在关键程度上依赖于其周围的脂质双层，后者既支持特异性的脂质-蛋白相互作用，又通过其整体性质施加约束。离子转运 ATP 酶会发生大幅构象变化，从而扰动这些相互作用，而水的高化学势还可通过内部水合的变化进一步驱动构象转变。在本研究中，我们考察了嗜肺军团菌 P1B 型铜 ATP 酶 LpCopA 中膜环境、内部水合与催化活性之间的关系。BADAN 标记的 LpCopA 突变体显示，在保守的经典结合位点（CBS）半胱氨酸 C382 和 C384 附近存在不同的基础水合状态，其中 C382 所处环境比 C384 更加水合。利用渗透调节剂 PEG-1500，BADAN 的光谱响应表明，在掺入大肠杆菌脂质的混合胶束（MMs）中，LpCopA 的平均内部水合体积约为 800 Å^3，相当于约 25 个水分子。在纳米盘（NDs）中，对渗透压有响应的体积不足该值的一半，这与膜侧向压力下跨膜螺旋束发生压实相一致。值得注意的是，在不同脂质重构体系中测得的 ATP 酶活性与内部水合程度呈比例关系，其中二异丁烯/马来酸脂质颗粒（DIBMALPs）施加了最紧密的跨膜压实并表现出最低的基础活性。这些数据表明，LpCopA 跨膜结构域的堆积密度和内部水合受膜环境的强烈调控。进一步的能量学估算支持这样一种模型：在 ATP 水解过程中，跨膜结构域对抗膜侧向压力而发生的水合依赖性膨胀，有助于形成自由能势垒。
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本预印本的。 本文依据 CC-BY 4.0 国际许可协议公开提供。
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膜模拟体系调控嗜肺军团菌铜 ATP 酶 LpCopA 的内部水合与催化活性
Lisa Nucke，Yun-Hsuan Huang，Jana Oertel，Satoru Tsushima，Karim Fahmy
bioRxiv 2026.07.28.738645； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.28.738645
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膜模拟体系调控嗜肺军团菌铜 ATP 酶 LpCopA 的内部水合与催化活性
Lisa Nucke，Yun-Hsuan Huang，Jana Oertel，Satoru Tsushima，Karim Fahmy
bioRxiv 2026.07.28.738645； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.28.738645
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.28.738645v1?rss=1
🏷️ 膜蛋白 铜转运ATP酶 内部水合 膜模拟体系 脂质双层 嗜肺军团菌