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タイトルCooperativity in E. coli aspartate transcarbamoylase is tuned by allosteric breathing.
ジャーナル・号・ページNat Commun, Year 2026
掲載日2026年3月20日
著者Robert C Miller / Michael G Patterson / Neti Bhatt / Xiaokun Pei / Nozomi Ando /
PubMed 要旨Aspartate transcarbamoylase (ATCase) from Escherichia coli catalyzes a key step in pyrimidine nucleotide biosynthesis and has long served as a model for allosteric regulation. Despite decades of ...Aspartate transcarbamoylase (ATCase) from Escherichia coli catalyzes a key step in pyrimidine nucleotide biosynthesis and has long served as a model for allosteric regulation. Despite decades of study, how nucleotide binding at distant regulatory sites controls cooperativity between active sites remained unresolved. Here we show that ATCase does not simply interconvert between two conformations, as traditionally depicted, but instead samples a continuum of conformations that tune enzyme cooperativity. Using complementary cryo-electron microscopy, small-angle X-ray scattering, and crystallography under conditions that ensure full assembly of the allosteric sites, we show that ATCase behaves like a flexible balloon whose global "breathing" motions directly regulate activity: compression enforces high cooperativity, inhibiting the enzyme, whereas expansion relieves this cooperativity and activates the enzyme. We further show that all four ribonucleoside triphosphates act in symmetric pairs to tune this motion, with the pyrimidines CTP and UTP compressing the enzyme to limit further pyrimidine production, and the purines ATP and GTP expanding it to balance pyrimidine and purine pools. Together, these findings uncover a dynamic breathing mechanism for long-range allosteric communication in ATCase.
リンクNat Commun / PubMed:41862478
手法EM (単粒子) / X線回折
解像度2.19 - 3.85 Å
構造データ

EMDB-47956, PDB-9eek:
Cryo-EM model of E. coli aspartate transcarbamoylase in the ligand-free T-state
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.62 Å

EMDB-47957, PDB-9eel:
Cryo-EM model of E. coli aspartate transcarbamoylase in the T-state complexed with CP, CTP, UTP, and Mg2+
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.45 Å

EMDB-47958, PDB-9eem:
Cryo-EM model of E. coli aspartate transcarbamoylase in the R-state complexed with CP, succinate, CTP, UTP, and Mg2+
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.05 Å

EMDB-47959, PDB-9een:
Cryo-EM model of E. coli aspartate transcarbamoylase in the T-state complexed with CP, CTP, and Mg2+
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.85 Å

EMDB-47960, PDB-9eeo:
Cryo-EM model of E. coli aspartate transcarbamoylase in the R-state complexed with CP, succinate, CTP, and Mg2+
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.53 Å

EMDB-47961, PDB-9eep:
Cryo-EM model of E. coli aspartate transcarbamoylase in the R-state complexed with CP and succinate
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.08 Å

EMDB-47963, PDB-9eeq:
Cryo-EM model of E. coli aspartate transcarbamoylase in the R-state complexed with CP, succinate, ATP, and Mg2+
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.08 Å

EMDB-47964, PDB-9eer:
Cryo-EM model of E. coli aspartate transcarbamoylase in the R-state complexed with CP, succinate, ATP, GTP, and Mg2+
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.26 Å

EMDB-47965, PDB-9ees:
Cryo-EM model of E. coli aspartate transcarbamoylase in an expanded state complexed with CP, ATP, GTP, and Mg2+
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.27 Å

EMDB-47966, PDB-9eeu:
Cryo-EM model of E. coli aspartate transcarbamoylase in the T-state complexed with CP, ATP, and Mg2+
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.27 Å

PDB-9eeh:
Crystal structure of E. coli aspartate transcarbamoylase in the R-state complexed with PALA, ATP, GTP, and Mg2+
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 2.19 Å

PDB-9eej:
Crystal structure of E. coli aspartate transcarbamoylase in the R-state complexed with CP, succinate, ATP, and Mg2+
手法: X-RAY DIFFRACTION / 解像度: 3 Å

化合物

ChemComp-PAL:
N-(PHOSPHONACETYL)-L-ASPARTIC ACID

ChemComp-ZN:
Unknown entry

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

ChemComp-MG:
Unknown entry

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

ChemComp-HOH:
WATER

ChemComp-CP:
PHOSPHORIC ACID MONO(FORMAMIDE)ESTER

ChemComp-SIN:
SUCCINIC ACID

ChemComp-CTP:
CYTIDINE-5'-TRIPHOSPHATE

ChemComp-UTP:
URIDINE 5'-TRIPHOSPHATE / UTP*YM

由来
  • escherichia coli (大腸菌)
キーワードCYTOSOLIC PROTEIN / Complex / Allostery / ATCase / R-state / ATP / GTP / PALA / CP / succinate / T-state / CTP / UTP / MWC / Expanded

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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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