ATP HYDROLYSIS MECHANISM OF THE HSP70 CHAPERONE PROTEIN

Abstract

Hsp70 is a 70 kDa chaperone protein which consist of a 45 kDa N-terminal ATPase domain and a 25 kDa C-terminal substrate binding domain [1]. A linker containing a conserved VLLL sequence connects the two domains and functions in allosteric communication between them [2]. When ATP is bound, the affinity of Hsp70 to substrates, which are misfolded proteins, is low. Upon substrate binding, ATP is hydrolyzed into ADP and the affinity to the substrate increases.
Exchange of ADP with an ADP causes the release of the substrate and the new turnover begins [1].
In this study, N-terminal ATPase domain is studied to determine the ATP hydrolysis mechanism of the protein. QM/MM ONIOM method with M062X for QM level and AMBER force field for the MM level is used in this study. 
In general, phosphate hydrolysis reactions can take place either through an associative or a dissociative mechanism depending on the environment. Therefore, both mechanisms are tested in order to identify lowest energy pathway [3].
Some amino acids in the active site may potentially act in acid/base catalysis. To test this hypothesis, proton transfer from K70, D194 or D201 to ATP is investigated.

Keywords

• -

HSP70 SAPERON PROTEINININ ATP HİDROLİZ MEKANİZMASININ İNCELENMESİ

Abstract

Hsp70, 45 kDa N-terminal ATPaz domain ve 25 kDa C-terminal substrat bağlama domain içeren 70 kDalık bir saperon proteinidir [1]. Bu domainlerin arasında bunları birbirine bağlayan, korunmus VLLL sekansı içeren bir bağlayıcı bölge bulunur ve iki domain arasında allosterik iletisimi sağlar [2]. ATP bağlı durumda Hsp70’in substratlarına, yani yanlıs katlanmıs proteinlere olan afinitesi düsüktür. Substrat bağlandıktan sonra ATP hidrolizlenerek ADP’ye dönüsür ve substrata olan afinite yükselir. ADP’nin ATP ile değisimi substratın salınmasını sağlar ve yeni bir döngü baslar [1].
Bu çalısmada, ATP hidroliz mekanizmasını belirlemek için N-terminal ATPaz domaini ile çalısılmıstır. Metod olarak QM/MM ONIOM metodu ve QM seviye için M062X ve MM seviye için ise AMBER kuvvet alanı kullanılmıstır. Fosfat hidroliz reaksiyonları ortam kosullarına bağlı olarak assosiyatif veya dissosiyatif yolları
izleyebilirler. O nedenle, en düsük enerjili yolu belirlemek için iki mekanizma da denenmistir [3].
Aktif merkezdeki bazı amino asitlerin asit/baz katalizi yapabilme ihtimali göz önünde bulundurularak, K70, D194 ve D201’den ATP’ye proton transferi birbirlerinden ayrı olarak incelenmistir.

Keywords

• -

References

1. Mayer M.P. and Bukau B., CMLS, Cell. Mol. Life Sci., 62, 670-684, (2005).
2. Swain J. F., Dinler G., Sivendran R., Montgomery D.L., Stotz M. and Gierasch L.M., Molecular Cell, 26, 27-39, (2007).
3. Klahn M., Rosta E. and Warshel A., J. Am. Chem. Soc., 128, 15310-15323, (2006).