Biophysical studies of membrane transport proteins from Nramp/MntH family and their function

Abstract

Three synthetic peptides corresponding to transmembrane segments TMS1, TMS3 and TMS6 of secondary-active transporter MntH from Escherichia coli were used as a suitable alternative model enabling to study TMS structure, TMS interaction with membranes, TMS mutual interaction and also function of MntH. The secondary structure of the peptides was estimated in different environments using circular dichroism spectroscopy. These peptides interacted with and adopted helical conformation in lipid membranes. Electrophysiological experiments demonstrated that individual TMS were able under certain conditions to form ion channels in model biological membranes. Electrophysiological properties of these weakly cation-selective ion channels were strongly dependent on surrounding pH. Manganese ion, as a physiological substrate of MntH, enhanced the conductivity of TMS1 and TMS6 channels, influenced the transition between closed and open states and affected the conformation of all studied peptides. For TMS3 Mn2+ was crucial for formation of ion channels. It was shown that a single functionally important TMS can retain some of the functional properties of the full-length protein. These findings can contribute to understanding of structure-function relationship at the molecular level. However, it remains unclear to...

Syntetické peptidy odpovídající svojí sekvencí transmembránovým segmentům TMS1, TMS3 a TMS6 sekundárně aktivního transportního proteinu MntH z bakterie Escherichia coli byly použity jako model pro studium struktury, interakce s modelovými membránami, vzájemné interakce TM segmentů a jejich funkce. Sekundární struktura byla pomocí spektroskopie cirkulárního dichroismu určována v různých prostředích. Studované peptidy interagovaly s lipidovou membránou a získávaly v tomto prostředí helikální konformaci. Elektrofyziologické experimenty dokázaly, že samostatné TMS jsou schopny za určitých podmínek tvořit iontové kanály v modelových biologických membránách. Elektrofyziologické vlastnosti těchto slabě kationtově selektivních kanálů jsou silně závislé na pH okolního prostředí. Mangan, jako fyziologický substrát MntH, zvýšil vodivost kanálů tvořených TMS1 a TMS6 a ovlivnil přechod mezi zavřeným a otevřeným stavem kanálu. Byl pozorován vliv manganu na konformaci všech studovaných peptidů. V případě TMS3 byla přítomnost Mn2+ pro tvorbu iontových kanálů dokonce nezbytná. Bylo dokázáno, že kanál tvořený funkčně důležitým TMS může do určité míry zachovat funkční vlastnosti celého proteinu. Tyto výsledky mohou přispět k porozumění vztahu mezi strukturou a funkcí na molekulární úrovni. I přesto však zůstává...