内在无序结构域对经典变构分子机器的调控：GroEL的C端区域

细菌伴侣蛋白GroEL是ATP依赖性分子机器的典型范例，该分子机器必须将配体结合与具有功能产出的构象变化相耦联。GroEL在ATP结合与水解的驱动下经历一系列独特的结构转变，从而推动一种受促进的蛋白质折叠反应。GroEL复合物复杂的变构机制如何形成一个既高效又具有方向性的折叠循环，迄今仍未得到充分理解。在本研究中，我们结合变温天然离子质谱与单分子荧光共振能量转移（FRET），考察了本征无序且高度保守的GroEL C端尾部对单个GroEL环变构行为的影响。我们的观察结果表明，C端尾部限制了GroEL环的构象动力学，这很可能是通过其与GroEL亚基上部顶端结构域的直接相互作用实现的；随着ATP的结合，这种约束逐步解除。研究结果支持这样一种模型：C端尾部充当GroEL反应循环的熵调节器——尾部与GroEL顶端结构域之间的瞬时相互作用能够抑制环的过早开放，并调节较小的共伴侣蛋白GroES实现有效结合所需的能量阈值。通过将无序尾部的动态性与GroEL环经典的协同性重组联系起来，这一机制确保了有序的变构级联，从而最大限度地减少空GroEL–GroES腔体的无效形成。这些发现揭示了本征无序元件的构象特性如何被利用，以优化大型变构分子机器的能量效率与功能时序。

细菌伴侣蛋白 GroEL 是一种典型的依赖 ATP 的分子机器，它必须将配体结合与有效的构象功相耦联。GroEL 在 ATP 结合与水解的驱动下经历一系列不同的结构转变，从而推动一种受促进的蛋白质折叠反应。然而，GroEL 复合体复杂的变构作用如何形成一个既高效又具有方向性的折叠循环，目前仍未得到充分理解。在本研究中，我们结合变温天然离子质谱与单分子荧光共振能量转移（FRET），考察了内在无序且高度保守的 GroEL C 端尾部如何影响单个 GroEL 环的变构行为。我们的观察结果表明，C 端尾部限制了 GroEL 环的构象动态，这很可能是通过其与 GroEL 亚基上部顶端结构域的直接相互作用实现的；随着 ATP 的结合，这种限制逐渐解除。这些结果支持这样一种模型：C 端尾部充当 GroEL 反应循环的熵调节因子——尾部与 GroEL 顶端结构域之间的瞬时相互作用能够抑制环的过早开放，并调节较小的协同伴侣蛋白 GroES 实现有效结合所需的能量阈值。通过将无序尾部的动态与 GroEL 环经典的协同性重组联系起来，该机制确保了有序的变构级联，从而最大限度地减少空的 GroEL-GroES 腔体的无效形成。这些发现揭示了内在无序元件的构象特性如何被加以利用，以优化大型变构机器的能量效率与功能时序。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.01.748644v1?rss=1

🏷️ GroEL伴侣蛋白 内在无序结构域 变构调控 蛋白质折叠 单分子FRET