阿拉伯芥磷酸鹽轉運蛋白At PHT1;1關鍵氨基酸殘基的結構功能分析

磷為植物生長與發育中之必要大量元素，在植物體中，磷的獲取主要仰賴植物根中磷酸鹽轉運蛋白運輸無機磷酸鹽。為了瞭解氫離子偶聯磷酸鹽共同轉運蛋白之運輸機制，本研究應用結構-功能分析，研究阿拉伯芥磷酸鹽轉運蛋白1; 1（AtPHT1; 1）在植物根中磷的獲取機制。首先，利用已解構之印度梨型孢真菌磷酸鹽轉運蛋白（PiPT）的3D晶體結構為模板，預測阿拉伯芥磷酸鹽轉運蛋白1; 1的二級和三級結構，挑選出可能參與阿拉伯芥磷酸鹽轉運蛋白1; 1活性之28個氨基酸殘基，其次，將28個氨基酸殘基突變成丙氨酸，分別表現於高親和力磷酸鹽轉運蛋白缺陷之酵母菌pam2突變體和阿拉伯芥pht1; 1突變體，分析各氨基酸之互補能力效應。最後，整合結構和功能性互補分析，並提出阿拉伯芥磷酸鹽轉運蛋白1; 1運輸氫離子與磷酸鹽之機制，其中，D35、D38、R134和D144氨基酸參與跨膜氫離子運輸，而Y312和N421氨基酸參與初始磷酸鹽運輸，當磷酸鹽進入結合位置時，兩個芳族氨基酸Y145和F169與結合位置中Q172、W304、Y312、D308和K449氨基酸產生分子內氫鍵，維持了磷酸鹽結合位置之結構穩定，隨後磷酸鹽與正電K449氨基酸相互作用，促使磷酸鹽從結合位置釋出，此外，D38、D93、R134、D144、D212、R216、R233、D367、K373和E504氨基酸，可以形成內部靜電相互作用來穩定阿拉伯芥磷酸鹽轉運蛋白1; 1之結構整體和適應性，綜合結構和功能性互補分析，這個研究提供了一個運輸氫離子與磷酸鹽機制的模型，闡明植物磷酸鹽轉運蛋白的運輸機制。
邱子珍

廖雅韻、李佳玲、潘榮隆*、邱子珍* (2019) Frontiers in Plant Science, 10:1158