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タイトルCryoelectron microscopy of Na,K-ATPase in the two E2P states with and without cardiotonic steroids.
ジャーナル・号・ページProc Natl Acad Sci U S A, Vol. 119, Issue 15, Page e2123226119, Year 2022
掲載日2022年4月12日
著者Ryuta Kanai / Flemming Cornelius / Bente Vilsen / Chikashi Toyoshima /
PubMed 要旨Cryoelectron microscopy (cryo-EM) was applied to Na+,K+-ATPase (NKA) to determine the structures of two E2P states, one (E2PATP) formed by ATP and Mg2+ in the forward reaction, and the other (E2PPi) ...Cryoelectron microscopy (cryo-EM) was applied to Na+,K+-ATPase (NKA) to determine the structures of two E2P states, one (E2PATP) formed by ATP and Mg2+ in the forward reaction, and the other (E2PPi) formed by inorganic phosphate (Pi) and Mg2+ in the backward reaction, with and without ouabain or istaroxime, representatives of classical and new-generation cardiotonic steroids (CTSs). These two E2P states exhibit different biochemical properties. In particular, K+-sensitive acceleration of the dephosphorylation reaction is not observed with E2PPi, attributed to the presence of a Mg2+ ion in the transmembrane cation binding sites. The cryo-EM structures of NKA demonstrate that the two E2P structures are nearly identical but Mg2+ in the transmembrane binding cavity is identified only in E2PPi, corroborating the idea that it should be denoted as E2PPi·Mg2+. We can now explain why the absence of transmembrane Mg2+ in E2PATP confers the K+ sensitivity in dephosphorylation. In addition, we show that ATP bridges the actuator (A) and nucleotide binding (N) domains, stabilizing the E2PATP state; CTS binding causes hardly any changes in the structure of NKA, both in E2PATP and E2PPi·Mg2+, indicating that the binding mechanism is conformational selection; and istaroxime binds to NKA, extending its aminoalkyloxime group deep into the cation binding site. This orientation is upside down compared to that of classical CTSs with respect to the steroid ring. Notably, mobile parts of NKA are resolved substantially better in the electron microscopy (EM) maps than in previous X-ray structures, including sugars sticking out from the β-subunit and many phospholipid molecules.
リンクProc Natl Acad Sci U S A / PubMed:35380894 / PubMed Central
手法EM (単粒子) / X線回折
解像度2.9 - 3.9 Å
構造データ

EMDB-32894, PDB-7wyu:
Cryo-EM structure of Na+,K+-ATPase in the E2P state formed by ATP
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.4 Å

EMDB-32895, PDB-7wyv:
Cryo-EM structure of Na+,K+-ATPase in the E2P state formed by ATP in the presence of 40 mM Mg2+
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.7 Å

EMDB-32896, PDB-7wyw:
Cryo-EM structure of Na+,K+-ATPase in the E2P state formed by inorganic phosphate
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.8 Å

EMDB-32897, PDB-7wyx:
Cryo-EM structure of Na+,K+-ATPase in the E2P state formed by ATP with istaroxime
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.4 Å

EMDB-32898, PDB-7wyy:
Cryo-EM structure of Na+,K+-ATPase in the E2P state formed by inorganic phosphate with istaroxime
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.9 Å

EMDB-32899, PDB-7wyz:
Cryo-EM structure of Na+,K+-ATPase in the E2P state formed by ATP with ouabain
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.4 Å

EMDB-32900, PDB-7wz0:
Cryo-EM structure of Na+,K+-ATPase in the E2P state formed by inorganic phosphate with ouabain
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.0 Å

PDB-7wys:
Crystal structures of Na+,K+-ATPase in complex with istaroxime
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 3.71 Å

PDB-7wyt:
Crystal structures of Na+,K+-ATPase in complex with ouabain
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 2.9 Å

化合物

ChemComp-MG:
Unknown entry / マグネシウムジカチオン

ChemComp-NA:
Unknown entry / ナトリウムカチオン

ChemComp-PCW:
1,2-DIOLEOYL-SN-GLYCERO-3-PHOSPHOCHOLINE / O-(1-O,2-O-ジオレオイル-L-グリセロ-3-ホスホ)コリン / DOPC, リン脂質*YM

ChemComp-7Q2:
(3E,5S,8R,9S,10R,13S,14S)-3-(2-azanylethoxyimino)-10,13-dimethyl-1,2,4,5,7,8,9,11,12,14,15,16-dodecahydrocyclopenta[a]phenanthrene-6,17-dione / イスタロキシム

ChemComp-CLR:
CHOLESTEROL / コレステロ-ル

ChemComp-NAG:
2-acetamido-2-deoxy-beta-D-glucopyranose / N-アセチル-β-D-グルコサミン

ChemComp-HOH:
WATER

ChemComp-OBN:
OUABAIN / ウアバイン

ChemComp-ATP:
ADENOSINE-5'-TRIPHOSPHATE / ATP / ATP, エネルギー貯蔵分子*YM

由来
  • squalus acanthias (アブラツノザメ)
  • spiny dogfish (アブラツノザメ)
  • sus scrofa (ブタ)
キーワードMEMBRANE PROTEIN / Na+ / K+-ATPase / ion transport / Cardiotonic steroids / TRANSPORT PROTEIN

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万見文献について

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お知らせ

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2022年2月9日: EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

  • EMDBのヘッダファイルのバージョン3が、公式のフォーマットとなりました。
  • これまでは公式だったバージョン1.9は、アーカイブから削除されます。

関連情報:EMDBヘッダ

外部リンク:wwPDBはEMDBデータモデルのバージョン3へ移行します

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2020年8月12日: 新型コロナ情報

新型コロナ情報

URL: https://pdbj.org/emnavi/covid19.php

新ページ: EM Navigatorに新型コロナウイルスの特設ページを開設しました。

関連情報:Covid-19情報 / 2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

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2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

新型コロナウイルスの構造データ

関連情報:万見生物種 / 2020年8月12日: 新型コロナ情報

外部リンク:COVID-19特集ページ - PDBj / 今月の分子2020年2月:コロナウイルスプロテーアーゼ

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2019年1月31日: EMDBのIDの桁数の変更

EMDBのIDの桁数の変更

  • EMDBエントリに付与されているアクセスコード(EMDB-ID)は4桁の数字(例、EMD-1234)でしたが、間もなく枯渇します。これまでの4桁のID番号は4桁のまま変更されませんが、4桁の数字を使い切った後に発行されるIDは5桁以上の数字(例、EMD-12345)になります。5桁のIDは2019年の春頃から発行される見通しです。
  • EM Navigator/万見では、接頭語「EMD-」は省略されています。

関連情報:Q: 「EMD」とは何ですか? / 万見/EM NavigatorにおけるID/アクセスコードの表記

外部リンク:EMDB Accession Codes are Changing Soon! / PDBjへお問い合わせ

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2017年7月12日: PDB大規模アップデート

PDB大規模アップデート

  • 新バージョンのPDBx/mmCIF辞書形式に基づくデータがリリースされました。
  • 今回の更新はバージョン番号が4から5になる大規模なもので、全エントリデータの書き換えが行われる「Remediation」というアップデートに該当します。
  • このバージョンアップで、電子顕微鏡の実験手法に関する多くの項目の書式が改定されました(例:em_softwareなど)。
  • EM NavigatorとYorodumiでも、この改定に基づいた表示内容になります。

外部リンク:wwPDB Remediation / OneDepデータ基準に準拠した、より強化された内容のモデル構造ファイルが、PDBアーカイブで公開されました。

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関連情報:EMDB / PDB / SASBDB / 万見 (Yorodumi) / EMN文献 / 新しいEM Navigatorと万見の変更点

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