ინფორმაცია

რამდენად სწრაფად ტრიალებს როტორი ATP სინთაზაში?

რამდენად სწრაფად ტრიალებს როტორი ATP სინთაზაში?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

დარწმუნებული ვარ ზუსტი სიხშირე იცვლება, მაგრამ ვინმემ იცის დაახლოებით რამდენ ბრუნს აკეთებს წუთში/წამში მბრუნავი ცენტრის ნაწილი?


„F1-ATPase-ის ქვემილიწამიანი კინეტიკური ანალიზით მკაფიო ბრუნვის ქვესაფეხურების გარჩევადობა“ (იასუდა და სხვ., Ბუნება, 2001), ატფ-აზა ბრუნავს 130 ბრუნით წამში, როდესაც გაჯერებულია ATP-ით.


ბრუნვის სიჩქარე ATP-ის სხვადასხვა კონცენტრაციაზე ემორჩილებოდა მრუდს, რომელიც განსაზღვრულია Km-ით ≈30 μM და V max ≈350 ბრუნი წამში (21 000 ბრუნი წუთში) 37°C-ზე.

ზოგიერთი მოხსენებული მნიშვნელობები ძალიან მაღალი ATPase აქტივობების პროგნოზირებს სწრაფ ბრუნვას, როგორიცაა მსხვილფეხა რქოსანი მიტოქონდრიული F1 (≈310 rps) (37), საფუარის მიტოქონდრიული F1 (≈280 rps) (38) და E. coli FoF1 (≈300 rps) (39) . ატფ-აზას გაცილებით დაბალი აქტივობა, რომელიც შეესაბამება 10 ≈ 100 rps-ს, ასევე მოხსენებული იყო ბევრ ნაშრომში. თუმცა, თუ ნაყარი ხსნარში მოლეკულების მნიშვნელოვანი ნაწილი იმყოფება ADP-Mg ინჰიბირებულ მდგომარეობაში ან სხვა არააქტიურ მდგომარეობებში, როგორც თერმოფილური FoF1-ის შემთხვევაში, მოქმედი ფერმენტებისთვის სპეციფიკური ატფ-აზას რეალური აქტივობა უფრო მაღალი უნდა იყოს და ბრუნვის სიხშირე. შეიძლება ბევრად უფრო სწრაფი. საინტერესოა იმის გაგება, არის თუ არა ეს სწრაფი ბრუნვები ცოცხალ უჯრედებში.

ეს არის ამონარიდები:

Ueno, H., Suzuki, T., Kinosita, K., & Yoshida, M. (2005). ATP-ზე ორიენტირებული FoF1-ATP სინთაზას ეტაპობრივი როტაცია. მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის შრომები, 102(5), 1333-1338 წწ. .


ATP სინთაზა ფოტოსინთეზში

ატფ სინთაზა არის ა ტრანსმემბრანული ფერმენტული კომპლექსი, რომელიც ახდენს ATP-ის წარმოქმნას ADP პლუს Pi-ს კონდენსაციის გზით. მისი მთავარი როლი არის მაღალი ენერგიის გამომუშავება ATP მოლეკულა. ატფ სინთაზა გამოაქვს ატფ-ის წარმოქმნას დროს სინათლის რეაქციის ფოტოსინთეზი.

მისი მოქმედება დამოკიდებულია პროტონში შექმნილ გრადიენტზე თილაკოიდური სანათური, რომელიც ეხმარება პროტონის მოლეკულებს მცენარეული უჯრედის თილაკოიდური მემბრანის ქლოროპლასტის სტრომაში ჩასვლაში. ატფ-ის სინთეზის პროცესი უჯრედული სუნთქვის დროს ერთდროულად წყვილდება ელექტროქიმიურ გრადიენტთან, რომელიც წარმოიქმნება პროტონის (H+) კონცენტრაციის სხვაობით.

პროკარიოტული ატფ სინთაზა შემოიფარგლება მხოლოდ პლაზმური მემბრანა, ხოლო ევკარიოტული ATP სინთაზები შეზღუდულია შიდა უჯრედის ორგანელები (როგორც მიტოქონდრია და ქლოროპლასტები). ამ სტატიაში ჩვენ ძირითადად ყურადღებას გავამახვილებთ სტრუქტურაზე, სტრუქტურული კომპონენტების ინდივიდუალურ როლზე და ატფ სინთაზას მექანიზმზე.

შინაარსი: ATP სინთაზა ფოტოსინთეზში


Boyer, P. D. ATP სინთაზა - შესანიშნავი მოლეკულური მანქანა. ანნუ. რევ ბიოქიმი. 66, 717–749 (1997).მოკლედ არის მიმოხილული ბოიერის ბრუნვის კატალიზი და ალტერნატიული შებოჭვის ცვლილების მოდელი.

მიტჩელი, პ. ფოსფორილირების ელექტრონთან და წყალბადის გადაცემასთან დაწყვილება ქიმიოსმოტური ტიპის მექანიზმით. Ბუნება 191, 144–148 (1961).ამ ნაშრომმა შემოიტანა ქიმიოსმოტიკური თეორიის ახალი კონცეფცია ბიოენერგეტიკის სფეროში.

Kanazawa, H., Kayano, T., Mabuchi, K. & Futai, M. გენების ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა, რომლებიც კოდირებენ α-, β- და γ-ქვეგანყოფილებებს პროტონ-ტრანსლოკაციის ATPase-ში ეშერიხია კოლი. ბიოქიმი. ბიოფისი. რეზ. კომუნ. 103, 604–612 (1981).

Walker, J. E., Fearnley, I. M., Gay, N. J., Gibson, B. W. & Tybulewicz, V. L. J. მსხვილფეხა რქოსანი მიტოქონდრიიდან F1-ATPase-ის ძირითადი სტრუქტურა და ქვეგანყოფილების სტექიომეტრია. ჯ.მოლი. ბიოლ. 184, 677–701 (1985).

ჰადსონი, გ.ს. და სხვ. ისპანახისა და ბარდის ქლოროპლასტის გენომებში გენთა კლასტერი, რომელიც აკოდირებს H + -ATP სინთაზას კომპლექსის ერთ CF1 და სამ CFo ქვეერთეულს და რიბოსომურ პროტეინს S2. ჯ.მოლი. ბიოლ. 196, 283–298 (1987).

აბრაჰამსი, ჯ. Ბუნება 370, 621–628 (1994).ფერმენტის ძირითადი ნაწილის მოლეკულური სტრუქტურის დემონსტრირება ძლიერ მიუთითებს α-ს ცილინდრით გარშემორტყმული ცენტრალური γ-ქვეგანყოფილების ბრუნვაზე. 3 β 3 -ქვეგანყოფილებები.

Noji, H., Yasuda, R., Yoshida, M. & Kinosita, K. J. F1-ATPase-ის ბრუნვის პირდაპირი დაკვირვება. Ბუნება 386, 299–302 (1997).γ-ქვეერთეულის ბრუნვის გასაოცარი პირდაპირი დემონსტრირება.

წუნოდა, ს.პ. და სხვ. ბრუნვის დაკვირვება FoF1-ATP სინთაზას შიგნით: გადაწყვეტილება Fo-ს ბრუნვას შორის ქვედანაყოფის ბეჭედი და არტეფაქტი. FEBS Lett. 470, 244–248 (2000).

Menz, R. I., Walker, J. E. & Leslie, A. G. W. მსხვილფეხა რქოსანი მიტოქონდრიული F1-ATPase-ს კრისტალური სტრუქტურა ნუკლეოტიდით შეკრული სამივე კატალიზური ადგილით: გავლენა მბრუნავი კატალიზის მექანიზმზე. უჯრედი 106, 331-341 (2001).სამი შეკრული ადენინის ნუკლეოტიდი კატალიზურ უბნებზე და ოდნავ გრეხილი γ-ქვეგანყოფილება განაპირობა შუალედური სტრუქტურის შეთავაზება კატალიზის დროს. | სარჩევი გვერდი |

Yasuda, R., Noji, H., Kinosita, K. J. & Yoshida, M. F1-ATPase არის მაღალეფექტური მოლეკულური ძრავა, რომელიც ბრუნავს დისკრეტული 120° საფეხურებით. უჯრედი 93, 1117–1124 (1998).

Soong, R.K. და სხვ. არაორგანული ნანომოწყობილობის კვება ბიომოლეკულური ძრავით. მეცნიერება 290, 1555–1558 (2000).

Oster, G. & Wang, H. რატომ არის F1 ATPase-ის ეფექტურობა ასე მაღალი? ჯ.ბიოენერგი. ბიომემბრ. 32, 459–469 (2000).

Yasuda, R., Noji, H., Yoshida, M., Kinosita, K. J. & Itoh, H. განსხვავებული ბრუნვის ქვესაფეხურების გარჩევადობა F1-ATPase-ის ქვემილიწამიანი კინეტიკური ანალიზით. Ბუნება 410, 898–904 (2001).120° ნაბიჯის ბრუნვა შემდგომში იყოფა 90° და 30° ქვესაფეხურებად. ATP-ის შებოჭვა იწვევს ADP·P-ის ყოფილ და გათავისუფლებას მე აკეთებს ამ უკანასკნელ ქვესაფეხურს.

Yagi, H. et al. ფუნქციური კონფორმაციის ცვლილებები F1-ATPase β ქვედანაყოფში, რომელიც გამოკვლეულია 12 ტიროზინის ნარჩენებით. ბიოფისი. ჯ. 77, 2175–2183 (1999).

Tsunoda, S. P., Muneyuki, E., Amano, T., Yoshida, M. & Noji, H. ორი β ქვედანაყოფის ჯვარედინი კავშირი დახურულ კონფორმაციაში F1-ATPase-ში. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 274, 5701–5706 (1999).

Ren, H., Dou, C., Stelzer, M. S. & Allison, W. S. თერმოფილური ქვეკომპლექსის α3(βD311C/R333C)3γ ჟანგვა ბაცილი PS3 F1-ATPase მიუთითებს, რომ მხოლოდ ორი β-ქვეგანყოფილება შეიძლება არსებობდეს დახურულ კონფორმაციაში ერთდროულად. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 274, 31366–31372 (1999).

Kayalar, C., Rosing, J. A. N. & Boyer, P. D. ალტერნატიული ადგილის თანმიმდევრობა ოქსიდაციური ფოსფორილირებისთვის, შემოთავაზებული სუბსტრატის დამაკავშირებელი შაბლონების გაზომვით და გაცვლითი რეაქციის ინჰიბიციებით. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 252, 2486–2491 (1977).

Gresser, M. J., Myers, J. A. & Boyer, P. D. ძროხის გულის მიტოქონდრიული F1 ადენოზინტრიფოსფატაზის კატალიზური ადგილის თანამშრომლობა. საწყისი სიჩქარის, შეკრული შუალედური და ჟანგბადის გაცვლის გაზომვების კორელაციები ალტერნატიულ სამ ადგილზე მოდელთან. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 257, 12030–12038 (1982).

Weber, J., Wilke-Mounts, S., Lee, R. S. F., Grell, E. & Senior, A. E. ტრიპტოფანის სპეციფიკური განლაგება კატალიზურ უბნებში ეშერიხია კოლი F1-ATPase უზრუნველყოფს ნუკლეოტიდის შებოჭვის პირდაპირ გამოკვლევას: მაქსიმალური ATP ჰიდროლიზი ხდება სამი ადგილის დაკავებით. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 268, 20126–20133 (1993).

Ren, H. & Allison, W. S. იმის შესახებ, თუ რა აიძულებს γ-ქვეგანყოფილებას ტრიალებს ATP ჰიდროლიზის დროს F1-ით. ბიოქიმი. ბიოფისი. აქტა 1458, 221–233 (2000).

Hackney, D. D., Rosen, G. & Boyer, P. D. სუბერთეულის ურთიერთქმედება კატალიზის დროს: ალტერნატიული ადგილის თანამშრომლობა ფოტოფოსფორილირებაში, ნაჩვენებია [18 O]ATP სახეობების ფორმირების სუბსტრატის მოდულაცია. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 76, 3646–3650 (1979).

Hackney, D. D. & Boyer, P. D. სუბერთეულის ურთიერთქმედება კატალიზის დროს. ჟანგბადის გაცვლების კონცენტრაციაზე დამოკიდებულების შედეგები, რომლებიც თან ახლავს ჟანგვითი ფოსფორილირებას ალტერნატიული ადგილის თანამშრომლობისთვის. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 253, 3164–3170 (1978).

Zhou, Y., Duncan, T. M. & Cross, R. L. ქვედანაყოფის როტაცია ეშერიხია კოლი FoF1-ATP სინთაზა ოქსიდაციური ფოსფორილირების დროს. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 94, 10583–10587 (1997).

Stock, D., Leslie, A. G. W. & Walker, J. E. მბრუნავი ძრავის მოლეკულური არქიტექტურა ATP სინთაზაში. მეცნიერება 286, 1700–1705 (1999).

სამბონგი, ი. და სხვ. c ქვედანაყოფის ოლიგომერის მექანიკური ბრუნვა ATP სინთაზაში (FoF1): პირდაპირი დაკვირვება. მეცნიერება 286, 1722–1724 (1999).

Pänke, O., Gumbiowski, K., Junge, W. & Engelbrecht, S. F-ATPase: EFoEF1-ის მბრუნავი c ქვედანაყოფის ოლიგომერის სპეციფიკური დაკვირვება. FEBS Lett. 472, 34–38 (2000).

Tsunoda, S. P., Aggeler, R., Yoshida, M. & Capaldi, R. A. c ქვედანაყოფის ოლიგომერის როტაცია სრულად ფუნქციონალურ F1Fo ATP სინთაზაში. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 98, 898–902 (2001).

Hutcheon, M. L., Duncan, T. M., Ngai, H. & Cross, R. L. ენერგეტიკული ქვეერთეულის როტაცია a და c ოლიგომერს შორის ინტერფეისზე Fo სექტორში ეშერიხია კოლი ატფ სინთაზა. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 98, 8519–8524 (2001).

Rastogi, V. K. & Girvin, M. K. სტრუქტურული ცვლილებები, რომლებიც დაკავშირებულია პროტონის ტრანსლოკაციასთან ATP სინთაზას c ქვეერთეულით. Ბუნება 402, 263–268 (1999).

Seelert, H. et al. სტრუქტურული ბიოლოგია. ქარხნის ძრავის პროტონული ტურბინა. Ბუნება 405, 418–419 (2000).

Stahlberg, H. et al. ბაქტერიულ Na + -ATP სინთაზას აქვს არადეკამერული როტორი. EMBO რეპ. 2, 229–233 (2001).

Jiang, W., Hermolin, J. & Fillingame, R. H. c ქვედანაყოფების სასურველი სტექიომეტრია მბრუნავ ძრავის სექტორში ეშერიხია კოლი ატფ სინთაზა არის 10. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 98, 4966–4971 (2001).

Schemidt, R. A., Qu, J., Williams, J. R. & Brusilow, W. S. ნახშირბადის წყაროს ეფექტები Fo გენების გამოხატვაზე და c ქვედანაყოფის სტექიომეტრიაზე F1Fo ATPase-ში ეშერიხია კოლი. J. ბაქტერიოლი. 180, 3205–3208 (1998).

Sorgen, P. L., Bubb, M. R. & amp Cain, B. D. F1Fo ATP სინთაზას მეორე ყუნწის გახანგრძლივება ეშერიხია კოლი. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 274, 36261–36266 (1999).

Elston, T., Wang, H. & Oster, G. ენერგიის ტრანსდუქცია ატფ სინთაზაში. Ბუნება 391, 510–513 (1998).

Dimroth, P., Wang, H., Grabe, M. & Oster, G. ენერგიის ტრანსდუქცია ნატრიუმის F-ATPase-ში Propionigenium modestum. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 96, 4924–4929 (1999).

რუპერტი, C. და სხვ. A1A0 ATP სინთაზას პროტეოლიპიდი Methanococcus jannaschii აქვს ექვსი ნაწინასწარმეტყველები ტრანსმემბრანული სპირალი, მაგრამ მხოლოდ ორი პროტონის გადამტანი კარბოქსილის ჯგუფი. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 274, 25281–25284 (1999).

Aufurth, S., Schagger, H. & Muller, V. a, b, და c1 ქვედანაყოფების იდენტიფიკაცია Acetobacterium woodii Na + -F1Fo-ATPase. c1, c2 და c3 ქვედანაყოფები ქმნიან შერეულ c-ოლიგომერს. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 275, 33297–33301 (2000).

Junge, W., Lill, H. & Engelbrecht, S. ATP synthase: ელექტროქიმიური გადამყვანი მბრუნავი მექანიკით. ტენდენციები ბიოქიმია. მეცნიერება. 22, 420–423 (1997).

Miller, M. J., Oldenburg, M. & Fillingame, R. H. არსებითი კარბოქსილის ჯგუფი F1Fo ATP სინთაზას c ქვედანაყოფში შეიძლება გადაადგილდეს და შენარჩუნდეს H+-გადაადგილების ფუნქცია. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 87, 4900–4904 (1990).

ნალინი, C. M. & amp McCarty, R. E. დისულფიდური ბმის როლი γ-სუბერთეულში ქლოროპლასტის დაწყვილების ფაქტორი 1 ATPაზას გააქტიურებაში. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 259, 7275–7280 (1984).

Werener-Gruene, S., Gunkel, D., Schumann, J. & Strotmann, H. ქლოროპლასტის მსგავსი მარეგულირებელი სეგმენტის ჩასმა, რომელიც პასუხისმგებელია თიოლის მოდულაციაზე ციანობაქტერიის FoF1-ATPase-ის γ-ქვეგანყოფილებაში სინექოცისტი 6803 atpC-ის მუტაგენეზით. მოლ. გენერალი ჟენეტი. 244, 144–150 (1994).

მელოტი, D., Noji, H., Stumpp, M. T., Yoshida, M. & Hisabori, T. ATPase აქტივობა თერმოფილური F1-ის უაღრესად სტაბილური α3β3γ ქვეკომპლექსი შეიძლება დარეგულირდეს ქლოროპლასტის F1-ის γ-ქვეგანყოფილების შემოყვანილი მარეგულირებელი რეგიონით. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 275, 12757–12762 (2000).

ლებოვიცი, მ. არქ. ბიოქიმი. ბიოფისი. 330, 342–354 (1996).

Cabezon, E., Arechaga, I., Jonathan, P., Butler, G. & Walker, J. E. მსხვილფეხა რქოსანი F1-ATPase-ის დიმერიზაცია ინჰიბიტორ პროტეინის, IF1-ის შებოჭვით. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 275, 28353–28355 (2000).

Cabezon, E., Butler, P. J., Runswick, M. J. & Walker, J. E. მსხვილფეხა რქოსანი F1-ATPase ინჰიბიტორი პროტეინის, IF1, ოლიგომერიზაციის მდგომარეობის მოდულაცია pH-ით. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 275, 25460–25464 (2000).

Jault, J.M. & Allison, W.S. ATP-ის ნელი შეკავშირება არაკატალიზურ ნუკლეოტიდურ შემაკავშირებელ ადგილებთან, რომლებიც აჩქარებენ კატალიზს, პასუხისმგებელია მსხვილფეხა რქოსანი მიტოქონდრიული F1-ATPაზას მიერ გამოვლენილ აშკარა უარყოფით თანამშრომლობაზე. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 268, 1558–1566 (1993).

მაცუი, ტ. და სხვ. F1-ATPase-ის α3β3γ კომპლექსის კატალიზური აქტივობა არაკატალიზური ნუკლეოტიდის შეკავშირების ადგილის გარეშე. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 272, 8215–8221 (1997).

Minkov, I.B., Vasilyeva, E. A., Fitin, A. F. & Vinogradov, A. D. ADP-ის დიფერენციალური ეფექტები ATP-აზე და ოქსიდაციური ფოფორილირება სუბოქონდრიულ ნაწილაკებში. ბიოქიმი. ინტ. 1, 478–485 (1980).

მელოტი, დ. და სხვ. ატფ-ის სინთეზი FoF1-ATP სინთაზას მიერ, დამოუკიდებელი არაკატალიზური ნუკლეოტიდის დამაკავშირებელი ადგილებისგან და არამგრძნობიარე აზიდის ინჰიბიციის მიმართ. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 273, 865–870 (1998).

Rodgers, A. J. & amp Wilce, M. C. ATP სინთაზას γ–ɛ კომპლექსის სტრუქტურა. ბუნების სტრუქტურა. ბიოლ. 7, 1051–1054 (2000).

Gibbons, C., Montgomery, M. G., Leslie, A. G. & Walker, J. E. ცენტრალური ყუნწის სტრუქტურა მსხვილფეხა რქოსანი F1-ATPase 2.4-A გარჩევადობით. ბუნების სტრუქტურა. ბიოლ. 7, 1055–1061 (2000).

Wilkens, S. & Capaldi, R.A. F1-ATPase-ის ɛ-ქვეგანყოფილების ამოხსნის სტრუქტურა ეშერიხია კოლი და ამ ქვედანაყოფის ურთიერთქმედება კომპლექსში β-ქვეგანყოფილებებთან. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 273, 26645–26651 (1998).

Hara, K. Y., Kato-Yamada, Y., Kikuchi, Y., Hisabori, T. & Yoshida, M. F1–ATPase-ის გავრცელების βDELSEED მოტივის როლი ɛ-ქვეგანყოფილების ინჰიბიტორული ეფექტის შესახებ. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 276, 23969–23973 (2001). |

Kato-Yamada, Y., Yoshida, M. & Hisabori, T. ɛ ქვეერთეულის ხვეული დომენის მოძრაობა საჭიროა თერმოფილური F1-ATPase-ს გასააქტიურებლად. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 275, 35746–35750 (2000).

წუნოდა, ს.პ. და სხვ. ɛ ქვედანაყოფის დიდი კონფორმაციული ცვლილებები ბაქტერიულ F1Fo ATP სინთაზაში უზრუნველყოფს ამ მბრუნავი საავტომობილო ფერმენტის რეგულირებას. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 98, 6560–6564 (2001).

Lohse, D. & Strotmann, H. ქლოროპლასტის H + -ATPase ΔpH-დამოკიდებულ აქტივაციასთან დაკავშირებული რეაქცია. ბიოქიმი. ბიოფისი. აქტა 976, 94–101 (1989).

გალკინი, M.A. & ვინოგრადოვი, A.D. მიტოქონდრიული Fo × F1-ATP სინთაზას კატალიზური აქტივობების ენერგიაზე დამოკიდებული ტრანსფორმაცია. FEBS Lett. 448, 123–126 (1999).

Fischer, S., Gräber, P. & Turina, P. ATP სინთაზას აქტივობა ეშერიხია კოლი რეგულირდება ტრანსმემბრანული პროტონის მამოძრავებელი ძალით. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 275, 30157–30162 (2000).

Kaim, K. & Dimroth, P. ატფ-ის სინთეზი F-ტიპის ატფ სინთაზას მიერ სავალდებულოდ არის დამოკიდებული ტრანსმემბრანულ ძაბვაზე. EMBO ჯ. 18, 4118–4127 (1999).

Pullman, M. E., Penefsky, H. S., Datta, A. & Racker, E. ფერმენტების ნაწილობრივი გარჩევადობა, რომლებიც ახდენენ ჟანგვითი ფოსფორილირების კატალიზებას. I. ხსნადი, დინიტროფენოლ-სტიმულირებული ადენოზინტრიფოსფატაზის გამწმენდი და თვისებები. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 235, 3322–3329 (1960).

პენეფსკი, ჰ. II. ხსნადი ადენოზინტრიფოსფატაზას მონაწილეობა ოქსიდაციურ ფოსფორილირებაში. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 235, 3330–3336 (1960).

მიტჩელი, პ.კეილინის რესპირატორული ჯაჭვის კონცეფცია და მისი ქიმიოსმოტური შედეგები. მეცნიერება 206, 1148–1159 (1979). |

Jagendorf, A. T. & Uribe, E. ATP წარმოქმნა, რომელიც გამოწვეულია ისპანახის ქლოროპლასტების მჟავა-ტუტოვანი გადასვლით. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 55, 170–177 (1966).გარდამტეხი მომენტი მიტჩელის ქიმიოსმოტიკური თეორიისთვის. ამის შემდეგ, ბევრმა ადამიანმა დაიწყო ქიმიოსმოტიკური თეორიის განხილვა, როგორც ჟანგვითი და ფოტოფოსფორილირების ყველაზე ძლიერი ჰიპოთეზა.

Kagawa, Y. & Racker, E. ფერმენტის ნაწილობრივი გარჩევადობა, რომელიც ახდენს ჟანგვითი ფოსფორიკაციის კატალიზებას. XXV. 32 პიადენოზინტრიფოსფატის გაცვლის კატალიზატორი ვეზიკულების რეკონსტრუქცია. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 246, 5477–5487 (1971).ქიმიოსმოტიკური თეორიის ყველაზე დამაჯერებელი მტკიცებულება. მემბრანის ცილების აღდგენის მეთოდმა, რომელიც აღწერილია აქ, დიდი გავლენა იქონია მემბრანის ბიოქიმიის სფეროზე.

Sone, N., Yoshida, M., Hirata, H. & Kagawa, Y. ადენოზინის ტრიფოსფატის სინთეზი ელექტროქიმიური პროტონის გრადიენტით ვეზიკულებში, რომლებიც აღდგენილია გაწმენდილი ადენოზინტრიფოსფატაზასა და თერმოფილური ბაქტერიის ფოსფოლიპიდებისგან. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 252, 2956–2960 (1977).

Boyer, P. D. ენერგია, სიცოცხლე და ATP. ანგეუ. ქიმ. ინტ. რედ. 37, 2296–2307 (1998).

Grubmeyer, C., Cross, R.L. & Penefsky, H.S. ATP ჰიდროლიზის მექანიზმი ძროხის გულის მიტოქონდრიული ATPase-ით. სიჩქარის მუდმივები კატალიზის ელემენტარული საფეხურებისთვის ერთ ადგილზე. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 257, 12092–12100 (1982).

უოკერი, ჯ.ე. ATP სინთეზი მბრუნავი კატალიზით, 208–234 (ნობელის ფონდი, სტოკჰოლმი, 1997).

Duncan, T. M., Bulygin, V. V., Zhou, Y., Hutcheon, M. L. & Cross, R. L. ქვედანაყოფების ბრუნვა კატალიზის დროს ეშერიხია კოლი F1-ATPase. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 92, 10964–10968 (1995).

ივატა, ს. და სხვ. მსხვილფეხა რქოსანი 11-ქვეგანყოფილებიანი მიტოქონდრიული ციტოქრომის სრული სტრუქტურა ძვ.წ1 კომპლექსი. მეცნიერება 281, 64–71 (1998).

ცუკიჰარა, ტ. და სხვ. დაჟანგული მსხვილფეხა რქოსანი გულის ციტოქრომის ლითონის ადგილების სტრუქტურები ოქსიდაზა 2.8 Å-ზე. მეცნიერება 269, 1069–1074 (1995).

Jagendorf, A.T. & Smith, M. ისპანახის ქლოროპლასტებში ფოსფორილირების გაუქმება კათიონების არარსებობით. მცენარის ფიზიოლი. 37, 135–141 (1962).

Fessenden, J. M. & Racker, E. ფერმენტის ნაწილობრივი გარჩევადობა, რომელიც კატალიზებს ჟანგვითი ფოსფორილირებას. XI. ოქსიდაციური ფოსფორილირების სტიმულირება დაწყვილების ფაქტორებით და ოლიგომიცინის ინჰიბირება ანტისხეულების მიერ დაწყვილების ფაქტორი 1-ის წინააღმდეგ. ჯ.ბიოლ. ქიმ. 241, 2483–2489 (1966).

ადაჩი, კ. და სხვ. F1-ATPase-ის საფეხუროვანი როტაცია ვიზუალურია კუთხით გადაწყვეტილი ერთ-ფლუოროფორული გამოსახულების საშუალებით. პროკ. ნატლ აკად. მეცნიერება. აშშ 97, 7243–7247 (2000).

Uhlin, U., Cox, G. B. & Guss, J. M. პროტონ-ტრანსლოკაციის ATP სინთაზას ɛ ქვედანაყოფის კრისტალური სტრუქტურა ეშერიხია კოლი. სტრუქტურა 5, 1219–1230 (1997).


ATP სინთაზა: მოლეკულური ძრავა

ATP სინთაზა არის უზარმაზარი მოლეკულური კომპლექსი (>500,000 დალტონი), რომელიც ჩაშენებულია მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაში. მისი ფუნქციაა პროტონების ენერგიის (H +) გადაქცევა მათი კონცენტრაციის გრადიენტის ქვემოთ ატფ-ის სინთეზში. ამ მანქანაში მოძრავი 3-დან 4 პროტონამდე საკმარისია ADP და P-ის მოლეკულების გადასაქცევადმე (არაორგანული ფოსფატი) ატფ-ის მოლეკულაში. ATP სინთაზას ერთ კომპლექსს შეუძლია ყოველ წამში წარმოქმნას ატფ-ის >100 მოლეკულა.

ATP სინთაზა შეიძლება დაიყოს 2 ნაწილად:

  • - შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში ჩადგმული ნაწილი და
  • 1-ATPase &mdash ნაწილი, რომელიც პროეცირდება მიტოქონდრიის მატრიცაში.

როდესაც ფ1-ATPase იზოლირებულია in vitro, ის ახდენს ATP-ის ჰიდროლიზის კატალიზებას ADP-მდე და P-მდე.მე (ამიტომაც მას უწოდებენ F1-ATPase). სანამ ის ამას აკეთებს, F-ის ცენტრალური ნაწილი ყუნწზე მიმაგრებული სწრაფად ბრუნავს საათის ისრის საწინააღმდეგო მიმართულებით (როგორც ზემოდან ჩანს).

ხელუხლებელი მიტოქონდრიაში მემბრანთაშორის სივრცეში დაგროვილი პროტონები შედიან F-ში. კომპლექსი და მისგან გამოსვლა მატრიცაში. ენერგია, რომელსაც ისინი თმობენ კონცენტრაციის გრადიენტზე გადაადგილებისას, ბრუნავს F და მისი ყუნწი (ზე

6000 rpm) საათის ისრის მიმართულებით. როგორც ამას აკეთებს, ის იწვევს განმეორებით კონფორმაციულ ცვლილებებს თავის პროტეინებში, რაც მათ საშუალებას აძლევს გარდაქმნას ADP და P.მე ATP-ში. (სურათზე, სამი დიმერიდან ორი, რომლებიც ქმნიან თავის ცილას, განზე არის გაყვანილი, რათა გამოავლინოს მათ ცენტრში ჩასმული ღერო.)

  • ატფ-ის ჰიდროლიზისაგან ინ ვიტრო შემთხვევაში და
  • პროტონების ნაკადი მათი კონცენტრაციის გრადიენტის ქვემოთ ხელუხლებელ მიტოქონდრიაში

მაგრამ ეს შესანიშნავი მოწყობილობა შეიძლება გაკეთდეს საპირისპიროდ, მექანიკური ენერგიის (ძრავის გადაქცევა) ქიმიურ ენერგიად გადაქცევისთვის.

ნანო-მანქანებით დაინტერესებულ იაპონელ მეცნიერთა ჯგუფმა მოახერხა მაგნიტური მძივების მიმაგრება F-ის ღეროებზე.1-ATPase იზოლირებული in vitro.

შემდეგ მბრუნავი მაგნიტური ველის გამოყენებით მათ შეძლეს ღეროების ბრუნვა. როდესაც ბრუნავს საათის ისრის მიმართულებით, F1-ATPase სინთეზირებულია ATP ADP-დან და P-დანმე მიმდებარე გარემოში &mdash სიჩქარით დაახლოებით 5 მოლეკულა წამში! (როდესაც ღეროები ბრუნავს საათის ისრის საწინააღმდეგო მიმართულებით, ან საერთოდ არ აბრუნებს მათ, ATP ჰიდროლიზდება ADP-ში და P-ში.მე.)

მათი მიღწევა დაფიქსირდა იტოში, ჰ. და სხვ., Ბუნება, 2004 წლის 29 იანვარი.


რამდენად სწრაფად ტრიალებს როტორი ATP სინთაზაში? - ბიოლოგია

ATP სინთაზაზე ხშირად დასმული კითხვების ეს სია დაწერილია იმ ვარაუდით, რომ მკითხველს აქვს გარკვეული ცოდნა ბიოქიმიაში, ფერმენტოლოგიაში და ფიზიკურ ქიმიაში.
ეს არ არის მიმოხილვის სტატია ან რაიმე მსგავსი, არ არსებობს მითითებები ან კრედიტები და არ არის დეტალური აღწერა ექსპერიმენტების შესახებ, რომლებიც ემყარება თითოეულ ინფორმაციას. თუ გაინტერესებთ დეტალების გაცნობა, უბრალოდ მომწერეთ ელფოსტა (feniouk [at] atpsynthase.info) და სიამოვნებით განვიხილავ ქვემოთ მოცემულ ნებისმიერ შეკითხვას.
რეკომენდებული წაკითხვა დაემატა ზოგიერთ განყოფილებას ""-ნიშნის ქვეშ.

სარჩევი

სწორი სახელი

IUBMB ფერმენტების ნომენკლატურის მიხედვით, ფერმენტს ეწოდება "ATP ფოსფოჰიდროლაზა (H + - ტრანსპორტირება)". თუმცა, სახელწოდება "ATP synthase" უფრო ნათლად ასახავს ფერმენტის ძირითად ფუნქციას და დღესდღეობით ყველაზე ფართოდ არის გავრცელებული.
სხვა სახელი, რომელსაც ჩვეულებრივ იყენებდნენ წარსულში, არის "H + -ATPase", ზოგჯერ უფრო ზუსტი "F1+ ATP-ის მრავალი სხვა ტიპის პროტონული ტუმბოს აღმოჩენის შემდეგ, ეს ძველი სახელები ნაკლებად გამოიყენება.
სხვა სახელები, რომლებიც გამოიყენებოდა ATP სინთაზასთვის, არის:

ატფ სინთაზას ფიზიოლოგიური როლი

მოკლედ რომ ვთქვათ, ატფ სინთაზას ძირითადი ფუნქცია უმეტეს ორგანიზმებში არის ატფ სინთეზი. აქედან მოდის სახელი. თუმცა, ზოგიერთ შემთხვევაში საპირისპირო რეაქცია, ანუ ტრანსმემბრანული პროტონის ტუმბო, რომელიც იკვებება ATP ჰიდროლიზით, უფრო მნიშვნელოვანია. ტიპიური მაგალითი: ანაერობული ბაქტერიები აწარმოებენ ატფ-ს დუღილის გზით, ხოლო ატფ სინთეზა იყენებს ატფ-ს, რათა გამოიმუშაოს პროტონმოძრავი ძალა, რომელიც აუცილებელია იონის ტრანსპორტირებისთვის და დროშების მოძრაობისთვის.
ბევრ ბაქტერიას შეუძლია იცხოვროს როგორც ფერმენტაციის, ასევე სუნთქვის ან ფოტოსინთეზის შედეგად. ასეთ შემთხვევაში ATP სინთაზა ფუნქციონირებს ორივე გზით.
მნიშვნელოვანი საკითხია ATP-ზე ორიენტირებული ატფ-სინთაზას პროტონული ტუმბოს აქტივობის კონტროლი, რათა თავიდან იქნას აცილებული უსარგებლო ატფ ჰიდროლიზი იმ პირობებში, როდესაც პროტონმოძრავი ძალის წარმოქმნა შეუძლებელია (მაგ., გაჟონვით დაზიანებული მემბრანა, დაწყვილების არსებობა და ა.შ.). ასეთ შემთხვევაში ატფ-ის ჰიდროლიზი პრობლემად იქცევა, რადგან მას შეუძლია სწრაფად გამოწუროს უჯრედშორისი ატფ-ის აუზი. ამ სიტუაციის თავიდან ასაცილებლად, ყველა ატფ სინთაზა აღჭურვილია მარეგულირებელი მექანიზმებით, რომლებიც თრგუნავენ ატფ-აზას აქტივობას პროტონმოძრავი ძალის არარსებობის შემთხვევაში. ATP ჰიდროლიზის დათრგუნვის ხარისხი დამოკიდებულია ორგანიზმზე. მცენარეებში (ქლოროპლასტებში), სადაც საჭიროა ATP აუზის შენარჩუნება მთელი ღამის განმავლობაში, ინჰიბირება ძალზე ძლიერია: ფერმენტს თითქმის არ გააჩნია ატფ-აზას აქტივობა. ამის საპირისპიროდ, ანაერობულ ბაქტერიებში, სადაც ATP სინჰაზა არის პროტონმოძრავი ძალის მთავარი გენერატორი, ასეთი ინჰიბირება ძალიან სუსტია. მიტოქონდრიული ატფ სინთაზა სადღაც შუაშია.

განსხვავებები F-, A-, V-, P- და E-ATPases შორის

  • "F-ტიპის ATPase" არის ATP სინთაზას კიდევ ერთი სახელი, ასო "F" მოდის "ფოსფორილირების F აქტორიდან". F-ATPases გვხვდება ბაქტერიებში, მიტოქონდრიებში და ქლოროპლასტებში. მათი ძირითადი ფუნქცია უმეტეს შემთხვევაში არის ATP სინთეზი ტრანსმემბრანული ელექტროქიმიური პროტონული პოტენციალის სხვაობის ხარჯზე. თუმცა ზოგიერთ ბაქტერიაში ფერმენტის პირველადი ფუნქცია შებრუნებულია: ის ჰიდროლიზებს ატფ-ს, რათა წარმოქმნას ეს პოტენციური განსხვავება. In vitro F-ტიპის ატფ-აზებს შეუძლიათ მოქმედებენ ორივე მიმართულებით, ექსპერიმენტული პირობებიდან გამომდინარე.
    ასევე ნაპოვნია რამდენიმე Na + ბაქტერიული F-ტიპის ატფ-აზა.
  • A ტიპის ATP-აზეები ნაპოვნი იქნა A rchaea-ში, მათი ფუნქცია მსგავსია F-ტიპის ATP სინთაზას, მაგრამ სტრუქტურულად ისინი ძალიან ჰგავს V ტიპის ატფ-აზებს (იხ. ქვემოთ).

F-, A- და V ტიპის ატფ-აზები მრავალქვეგანყოფილებიანი კომპლექსებია, საერთო არქიტექტურის მხრივ მსგავსი და, სავარაუდოდ, აქვთ იგივე ძირითადი კატალიზური მექანიზმი. ისინი აწყვილებენ ტრანსმემბრანულ პროტონს (ან Na + ზოგიერთ F-ATPaase-ში) ტრანსპორტს, რომელიც მიიღწევა გარკვეული ქვედანაყოფების კომპლექსის ბრუნვით დანარჩენი ფერმენტის მიმართ, ATP ჰიდროლიზით (ან სინთეზი A- და F-ATPases-ში).
მათთვის საერთო ნიშნებია: „სოკოს“ ფორმა, ალფას ჰექსამერული ჰიდროფილური კატალიზური დომენი. 3 ბეტა 3 - ჩაწერეთ გამა ქვედანაყოფის შიგნით. ამ ფერმენტების მიერ შესრულებული კატალიზური მოქმედება არ შეიცავს ფოსფორილირებულ ფერმენტ შუალედს.
ამ ფერმენტების პროტონ-ტრანსლოკაციური ნაწილი შედგება რგოლისებური ქვედანაყოფის ოლიგომერისგან (c-ქვეგანყოფილების ოლიგომერი F-ტიპის ატფ-აზების შემთხვევაში) ყოველი ქვედანაყოფი ატარებს კრიტიკულად მნიშვნელოვან კარბოქსილის ჯგუფს დაახლოებით მისი მეორე ტრანსმემბრანული სპირალის შუაში. ეს კარბოქსილის ჯგუფი უშუალოდ მონაწილეობს პროტონის ტრანსლოკაციაში.

P-ტიპის ატფ-აზები არის იონ-ტრანსლოკაციის ATP-ზე ორიენტირებული ტუმბოების საკმაოდ განსხვავებული ოჯახი. მათი უმეტესობა ასევე არის მრავალქვეგანყოფილებიანი მემბრანის ცილები, ერთი დიდი f ასრულებს როგორც ATP ჰიდროლიზს, ასევე იონურ ტუმბოს. არსებობს P- ტიპის ატფ-აზების მრავალი განსხვავებული ქვეოჯახი, რომლებიც ჩვეულებრივ კლასიფიცირდება მათი ტრანსპორტირების იონის მიხედვით. H + , Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ag + და Ag 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Pb 2+ , Ni 2+ , Cd 2+ , Cu + და Cu 2+ სატუმბი P-ATPase აღწერილია.
P-ATP-აზას მიერ ATP ჰიდროლიზის დროს კატალიზური ციკლის გარკვეულ ეტაპზე ფოსფატი გადადის ფერმენტის Asp-ის ერთ-ერთ ნარჩენში. არ არსებობს მტკიცებულება (არც სტრუქტურული და არც ფუნქციური) მბრუნავი კატალიზის შესახებ P- ტიპის ატფ-აზე. ასეთი ფერმენტების ტიპიური მაგალითებია საფუარის პლაზმური მემბრანა H + ATPase, K + /Na + მემბრანული ATPase, Ca 2 + მემბრანული ATPase.

1) Pedersen, P. L., and Carafoli, E. (1987) Ion motive ATPases. I. ყველგანმავალი, თვისებები და მნიშვნელობა უჯრედის ფუნქციონირებისთვის. ტენდენციები ბიოქიმია. მეცნიერება. 4: 146-150.
2) P- ტიპის ATPase მონაცემთა ბაზა (კრისტიან ბ. ალექსენის მიერ, შვეიცარიის ბიოინფორმატიკის ინსტიტუტი)
3) Kawasaki-Nishi S, Nishi T, Forgac M. (2003) პროტონის ტრანსლოკაცია განპირობებული ATP ჰიდროლიზით V-ATPases-ში.
FEBS Lett. 545 (1): 76-85.
4) Perzov N, Padler-Karavani V, Nelson H, Nelson N. (2001) V-ATPases-ის მახასიათებლები, რომლებიც განასხვავებენ მათ F-ATPases-ისგან. FEBS Lett. 504 (3): 223-8.

ATP სინთაზას არქიტექტურა და ქვედანაყოფის შემადგენლობა

ATP სინთაზა არის სოკოს ფორმის დიდი ასიმეტრიული ცილის კომპლექსი. უმარტივესი ბაქტერიული ფერმენტი (იხილეთ მულტფილმი ქვემოთ) შედგება 8 ქვედანაყოფის ტიპისგან, რომელთაგან 5 ქმნის კატალიზურ ჰიდროფილურ F-ს.1- პორცია (სოკოს "ქუდი"). ეს ქვედანაყოფები დასახელებულია ბერძნული ასოებით (ალფა, ბეტა, გამა, დელტა და ეფსილონი) მათი მოლეკულური წონის მიხედვით. პროტონი, რომელიც გადაადგილდება F ნაწილი შედგება 3 ტიპის ქვეერთეულებისგან, სახელწოდებით a, b და c.


ATP სინთაზას კატალიზური ნაწილი (F1) იქმნება ალფა 3 ბეტა 3 ჰექსამერი გამა ქვედანაყოფით შიგნით და ეფსილონი მიმაგრებული გამაზე. დელტა ქვედანაყოფი შეკრულია ჰექსამერის „ზევით“ და b ქვეერთეულებთან. b ქვედანაყოფის ჰიდროფობიური ტრანსმემბრანული სეგმენტი კონტაქტშია a ქვეერთეულთან. კატალიზური დომენის ქვეერთეულები გამა და ეფსილონი დაკავშირებულია c-ქვეერთეულების რგოლისებრ ოლიგომერთან. პროტონის გადატანა ხდება a და c ქვეერთეულების ინტერფეისზე.

ქვედანაყოფების სტექიომეტრია არის:

1

ალფა
3

1
ბეტა
3
2
გამა
1

10-15(?)
დელტა
1


ეფსილონი
1


ქლოროპლასტის ATP სინთაზას და ზოგიერთი ფოტოსინთეზური ბაქტერიის ფერმენტს აქვთ 2 განსხვავებული, თუმცა მსგავსი b ტიპის ქვედანაყოფი F პროტონში, რომელიც გადაადგილდება. p ortion, კერძოდ, b და b', თითოეული თითო ეგზემპლარი.
მაღალი ჰომოლოგია გვხვდება სხვადასხვა ბაქტერიებისა და ქლოროპლასტების ATP სინთაზას ქვედანაყოფების უმეტესობისთვის.

მიტოქონდრიული ფერმენტი გაცილებით რთულია, ამჟამად აღწერილია 17 სხვადასხვა ტიპის ქვედანაყოფი. ზოგიერთ ამ ქვედანაყოფს აქვს მაღალი ჰომოლოგია ბაქტერიებთან და ქლოროპლასტებთან, განსაკუთრებით ალფა, ბეტა და გამა ქვედანაყოფებთან F-ში.1 ნაწილი და ქვეერთეულები a და c F-ში ნაწილი. ბევრი ქვედანაყოფი უნიკალურია მიტოქონდრიული ფერმენტისთვის (იხილეთ ქვედანაყოფების ნომენკლატურის ცხრილი დეტალებისთვის). თუმცა, ფერმენტის კატალიზური და პროტონული ტრანსლოკაციური „ბირთი“ ჯერ კიდევ უაღრესად ჰომოლოგიურია ბაქტერიული და ქლოროპლასტის ატფ სინთაზასთან. ფერმენტის საერთო ტოპოლოგია ასევე საკმაოდ მსგავსია.

რეაქცია კატალიზებულია

ატფ-სინთაზა კატალიზებს ატფ-ის სინთეზს/ჰიდროლიზს, რომელიც დაკავშირებულია ტრანსმემბრანულ პროტონთან გადაცემასთან. სინთეზის შემთხვევაში ენერგიის შეყვანა მოდის პროტონული ნაკადიდან F-ის გავლით დაღმართზე ტრანსმემბრანული ელექტროქიმიური პროტონის პოტენციალის სხვაობა (). ჰიდროლიზის შემთხვევაში ფერმენტი ფუნქციონირებს, როგორც ATP-ზე ორიენტირებული პროტონული ტუმბო და წარმოქმნის .
კატალიზებული რეაქციის განტოლება არის

ADP 3- + P i 2- + nH + P <=> ATP 4- + H 2 O + (n-1)H + N (pH > 7.2)

"P" და "N" ინდექსები აღნიშნავენ შემაერთებელი მემბრანის p დადებითად და n უარყოფითად დამუხტულ მხარეს.
pH მნიშვნელობა მნიშვნელოვანია: pK მნიშვნელობა Pi 2- + H + <=> P-სთვის მე - არის 7.2, ხოლო ფოსფატის შესაბამისი pK მნიშვნელობები ADP-სა და ATP-ში ახლოს არის 6.9-თან.
ეს ნიშნავს, რომ 6.9-7.2 pH ინტერვალში გაბატონებული რეაქცია არ მოიცავს პროტონების დაჭერას:

ADP 3- + P i - + nH + P <=> ATP 4- + H 2 O + nH + N (pH 6.9-7.2)

თუმცა, pH = 6.9 ქვემოთ, გაბატონებულ რეაქციას კვლავ ახლავს პროტონული ხაფანგი:

ADP 2- + P i - + nH + P <=> ATP 3- + H 2 O + (n-1)H + N (pH < 6.9)

ატფ-ის სინთეზის/ჰიდროლიზის თერმოდინამიკა

ტრადიციულად ATP სინთეზის/ჰიდროლიზის თერმოდინამიკა აღწერილია ჰიდროლიზის რეაქციისთვის:

ATP 4- + H 2 O <=> ADP 3- + P i 2- + H + (pH > 7.2)

"ფიზიკური ქიმია" (P.W.Atkins, 2nd edition) იძლევა მნიშვნელობას -30 kJ mol -1 (-7.16 kcal/mol) 37 o C-ზე, როგორც "ბიოლოგიური" სტანდარტი გიბსის თავისუფალი ენერგიის ცვლილება ( & მწვავე) ამ რეაქციისთვის. ეს არის გონივრული შეფასება, რადგან -28-დან -36 კჯ მოლ-1-მდე რიცხვები გვხვდება ლიტერატურაში, ყველაზე პოპულარულია -30.6 კჯ მოლი -1 (-7.3 კკალ/მოლი).
გიბსის სტანდარტული თავისუფალი ენერგიის ცვლილება, o , არის ენერგიის ჯამური რაოდენობა, რომელიც გამოიყენება ან გამოიყოფა ქიმიური რეაქციის დროს სტანდარტულ პირობებში, როდესაც ყველა რეაქტანტის ქიმიური აქტივობა უდრის 1-ს. წყალხსნარებში რეაქციების შემთხვევაში აქტივობა ჩვეულებრივ ჩანაცვლებულია კონცენტრაციებით ( ანუ 1 მ) თავად წყლის აქტივობა აღებულია როგორც 1. „ბიოლოგიური“ სტანდარტი გიბსის თავისუფალი ენერგიის ცვლილება, & მწვავე, არის მსგავსი პარამეტრი, მაგრამ განისაზღვრება pH 7-ზე, ანუ H + კონცენტრაცია არის არა 1 M, არამედ 10 -7 M. უფრო პრაქტიკული და მოსახერხებელია, რადგან ბიოლოგიური რეაქციების უმეტესობა ფიზიოლოგიურ pH-ზე მიმდინარეობს.

ძალიან მნიშვნელოვანი და ზოგჯერ იგნორირებული წერტილი არის ის, რომ ო & მწვავე არ არის ენერგიის ის რაოდენობა, რომელიც ხელმისაწვდომია უჯრედში სხვა, ენდოთერმული რეაქციების განსახორციელებლად, რადგან უჯრედში არსებული პირობები არ არის სტანდარტული (იხ. განმარტება ზემოთ). გიბსის ენერგიის რეალური ცვლილება არის

/>= />ო ' + 2.3 RT ჟურნალი [ C ADP C მე (C + / 10 -7 ) / C ATP ],

სადაც C ADP, C Pმე, C H + და C ATP არის შესაბამისი რეაგენტების რეალური კონცენტრაციები, არის მოლარული აირის მუდმივი (8.314 J mol -1 K -1) და არის ტემპერატურა კელვინებში. ამ აზრის გასაგებად, მოდით განვიხილოთ შემდეგი მაგალითი თვითნებური მნიშვნელობებით, რომლებიც ახლოსაა რეალურ უჯრედშიდა კონცენტრაციებთან:

C ATP 2 x 10 -3 M -1
C ADP 2 x 10 -4 M -1
C მე 10 -2 მ -1
C + 5 x 10 -8 M -1 (pH დაახლოებით 7.3)

გიბსის ენერგიის ცვლილება ასეთ პირობებში (ტემპერატურა 310 o K, ან 37 o C) იქნება

/>= />ო ' + 2.3 RT ჟურნალი (C ADP C მე C + / C ATP ) = -30 - 19,6 = - 49,6 კჯ მოლი -1

ეს მაჩვენებელი, რომელიც გამოითვლება რეაქციის კომპონენტების ფაქტობრივი კონცენტრაციებიდან, ასახავს ენერგიას, რომელიც ხელმისაწვდომია, როგორც მამოძრავებელი ძალა ნებისმიერი სხვა პროცესისთვის, რომელიც დაკავშირებულია ATP ჰიდროლიზთან მოცემულ პირობებში.
აქედან გამომდინარეობს, რომ იგივე 49,6 კჯ მოლი -1 უნდა იყოს უზრუნველყოფილი პროტონის ტრანსპორტით მემბრანის გასწვრივ ელექტროქიმიური გრადიენტის ქვემოთ, რათა შეინარჩუნოს ასეთი მაღალი ATP/ADP თანაფარდობა. თუ ვივარაუდებთ, რომ 3 პროტონი ტრანსპორტირდება ATP-ის თითოეულ სინთეზირებულ მოლეკულაზე, საჭიროა ტრანსმემბრანული H + ელექტროქიმიური გრადიენტი 49,6 / 3 = 16,5 კჯ მოლი -1 (ანუ პროტონმოძრავი ძალა 171 მვ).

დასკვნა ზემოთ მოყვანილი მაგალითიდან ასეთია:
ატფ-ის ჰიდროლიზით მოწოდებული ენერგია არ არის ფიქსირებული (ისევე როგორც ატფ-ის სინთეზისთვის საჭირო ენერგია). პირველი მიახლოებით ეს დამოკიდებულია ADP, ATP, P კონცენტრაციებზემე და pH-ზე. ეს ენერგია ლოგარითმულად იზრდება ADP და P-ის შემცირებისასმე კონცენტრაცია და ATP ან H + კონცენტრაციის გაზრდისას (= წრფივად მცირდება pH-ის მატებასთან ერთად). ქვემოთ მოცემული გრაფიკები ასახავს ამ საკითხს, აჩვენებს ცვლილებას />ერთი რეაქტიულის კონცენტრაციის ცვლილებისას (x ღერძი), თუ ვივარაუდებთ, რომ სხვა რეაქტიული ნივთიერებების კონცენტრაცია უცვლელი რჩება ზემოთ მოცემულ მაგალითში გამოყენებულ მნიშვნელობებზე (წითელი წერტილები მიუთითებს / >გამოითვლება ამ მაგალითში).

ამ განყოფილების დასახურავად, მინდა აღვნიშნო, რომ მიუხედავად იმისა, რომ აქ აღწერილი ATP სინთეზის თერმოდინამიკა შეიძლება საკმაოდ რთული ჩანდეს, ის სინამდვილეში გაცილებით რთულია. აქ უგულებელყოფილი იყო ADP და ATP პროტონაციის სხვადასხვა მდგომარეობა (იხ. ზემოთ), მეორე არის ის, რომ ატფ სინთაზას მიერ კატალიზებული რეაქციის ფაქტობრივი სუბსტრატები არ არის სუფთა ნუკლეოტიდები, არამედ მათი მაგნიუმის კომპლექსები. თუმცა, ვინაიდან ცოცხალ უჯრედში მაგნიუმის კონცენტრაცია შედარებით მაღალია და pH ჩვეულებრივ 7.2-ზე მეტია, ამიტომ მოცემული აღწერა კვლავ გამოიყენება თერმოდინამიკური შეფასებებისთვის.

მამოძრავებელი ძალა ATP სინთეზისთვის, რომელიც კატალიზებულია ATP სინთაზას მიერ.

ATP სინთეზი, რომელიც კატალიზირებულია ATP სინთაზას მიერ, იკვებება ტრანსმემბრანული ელექტროქიმიური პროტონული პოტენციალის სხვაობით, რომელიც შედგება ორი კომპონენტისგან: ქიმიური და ელექტრული. რაც უფრო მეტი პროტონია მემბრანის ერთ მხარეს მეორესთან შედარებით, მით უფრო მაღალია პროტონის მამოძრავებელი ძალა მემბრანის გადაკვეთისთვის. ვინაიდან პროტონი არის დამუხტული ნაწილაკი, მის მოძრაობაზეც გავლენას ახდენს ელექტრული ველი: ტრანსმემბრანული ელექტრული პოტენციალის სხვაობა გადაიყვანს პროტონებს დადებითად დამუხტული მხარიდან უარყოფითად დამუხტულ მხარეზე.

წყლის წისქვილი კარგი ანალოგია: განსხვავება წყლის დონეებს შორის კაშხლის დაწყებამდე და მის შემდეგ უზრუნველყოფს პოტენციურ ენერგიას დაღმართზე წყლის ნაკადი ატრიალებს ბორბალს, როტაცია გამოიყენება გარკვეული სამუშაოს შესასრულებლად (ATP სინთეზი ჩვენს შემთხვევაში).

რაოდენობრივად იზომება ჯოულებში თითო მოლზე (J mol -1) და განისაზღვრება როგორც:

სადაც "P" და "N" ინდექსები აღნიშნავენ დაწყვილების მემბრანის p დადებითად და n უარყოფითად დამუხტულ მხარეს. არის ფარადეის მუდმივი (96 485 C mol -1) არის მოლარული აირის მუდმივი (8.314 J mol -1 K-1), არის ტემპერატურა კელვინებში და არის ტრანსმემბრანული ელექტრული პოტენციალის განსხვავება ვოლტებში. მნიშვნელობა გვიჩვენებს, რამდენი ენერგიაა საჭირო (ან გამოიყოფა, ტრანსმემბრანული პროტონის ნაკადის მიმართულებიდან გამომდინარე) მემბრანის გასწვრივ 1 მოლი პროტონის გადასაადგილებლად.
ხშირად უფრო მოსახერხებელია არა, არამედ პროტონმოძრავი ძალის გამოყენება (pmf):

ოთახის ტემპერატურაზე (25 o C) პროტონმოძრავი ძალა (მილივოლტებში, ასევე) არის:

ტრანსმემბრანული pH სხვაობის არარსებობის შემთხვევაში pmf უდრის ტრანსმემბრანული ელექტრული პოტენციალის სხვაობას და შეიძლება პირდაპირ გაიზომოს რამდენიმე ექსპერიმენტული ტექნიკით (მაგ. გაჟღენთილი იონების განაწილება, პოტენციალისადმი მგრძნობიარე საღებავები, ელექტროქრომული კაროტინოიდული ზოლის გადანაცვლება და ა.შ.). ტრანსმემბრანული pH გრადიენტის თითოეული pH ერთეული შეესაბამება pmf-ის 59 mV-ს.
ATP-ის სინთეზში ჩართული ბიოლოგიური მემბრანების უმეტესობისთვის pmf-ის მნიშვნელობა მდგომარეობს 120-დან 200 მვ-მდე (11,6-დან 19,3 კჯ მოლი-1-მდე).

მბრუნავი კატალიზი

  1. პროტონების მამოძრავებელი ძალით, პროტონები გადადიან F-ის მეშვეობით ფერმენტის ნაწილი. ეს გადაცემა განაპირობებს c-ქვეგანყოფილების ოლიგომერული რგოლის ბრუნვას a და b ქვედანაყოფებთან მიმართებაში (იხილეთ აქ დეტალებისთვის).
  2. როტაცია გადაეცემა გამა და ეფსილონის ქვედანაყოფებს, რომლებიც შეკრულია c-ქვეგანყოფილების ოლიგომერულ რგოლთან. ასიმეტრიული გამა ქვედანაყოფის ბრუნვა მექანიკურად იწვევს ალფაში კონფორმაციულ ცვლილებებს 3 ბეტა 3 -ჰექსამერი. გამა ქვედანაყოფის ბრუნვის ყოველი 120 გრადუსი აიძულებს 3 კატალიზური ადგილიდან ერთ-ერთს, რომელიც მდებარეობს ალფა-ბეტა ინტერფეისზე, ღია კონფორმაციად იქცეს. გამოიყოფა ახლად სინთეზირებული ATP მოლეკულა და მის ნაცვლად ფოსფატი და ადფ უკავშირდება. გახსნილი ადგილის მაღალი აფინურობა ფოსფატთან აფერხებს ATP-ის ხელახლა შეკავშირებას და ხელს უწყობს ADP-ს შეკავშირებას.
  3. როტაცია უფრო შორს მიდის, გამა ქვეგანყოფილება ბრუნავს კიდევ 120 გრადუსით, აიძულებს შემდეგ ადგილს გახსნილ კონფორმაციაში, ხოლო ADP და ფოსფატი, რომელიც დაკავშირებულია წინა გახსნილ ადგილას, იბლოკება და ხდება ATP სინთეზი. წარმოქმნილი ATP მოლეკულა გამოიყოფა, როდესაც გამა ქვედანაყოფი აკეთებს ერთ 360 გრადუსიან ბრუნს და კიდევ ერთხელ ხსნის ადგილს.

ატფ სინთაზას ინჰიბიტორები

ATP სინთეზაზას აქტივობა კონკრეტულად თრგუნავს რამდენიმე ნაერთს (როგორც ორგანულ, ასევე არაორგანულს). ამ ინჰიბიტორების უმეტესობა ძალიან ტოქსიკურია, ამიტომ დიდი სიფრთხილე და შესაბამისი უსაფრთხოების ზომები აუცილებელია მათთან მუშაობისას (ძალიან გასაკვირი არ არის, რომ ჩვენ უბედურები ვხდებით, როდესაც ჩვენი ATP სინთაზა დაბლოკილია!). ინჰიბიტორების უმეტესობა სპეციფიკურია პროტონების ტრანსლოკაციისთვის F-პორცია, ან ჰიდროფილური F1- ნაწილი, ასე რომ, ქვემოთ მოცემული განყოფილება შესაბამისად იყოფა.

F-ის ინჰიბიტორებიო

ოლიგომიცინი

ოლიგომიცინი არის ინჰიბიტორი, რომელმაც დაასახელა "FATP სინთაზას მემბრანაში ჩაშენებულ ნაწილს. ასო "O" F-ში.(არა ნული!) მოდის ლიგომიცინის მგრძნობელობა ამ ჰიდროფობიური ფოსფორილირების მიმართ მსახიობი მიტოქონდრიაში.
ოლიგომიცინი უკავშირდება ქვედანაყოფის ინტერფეისს და - ბეჭედი ოლიგომერი და ბლოკავს მბრუნავი პროტონის ტრანსლოკაციას F-ში. თუ ფერმენტი კარგად არის შერწყმული, F-ის აქტივობა1 ასევე დაბლოკილია. ამ უკანასკნელის გამო, მიტოქონდრიული F-ის ქვედანაყოფი1- ნაწილი, რომელიც აკავშირებს F1 F-თან ერთად ეწოდა ოლიგომიცინის მგრძნობელობის მომტანი პროტეინი (OSCP). ეს ქვედანაყოფი აუცილებელია F-ს შორის კარგი შეერთებისთვის1 და ფ და ქმნის F-ის ატფ-აზას აქტივობას1 მგრძნობიარე F ინჰიბიტორი ოლიგომიცინი, აქედან მოდის სახელწოდება.
ოლიგომიცინი სპეციფიკურია მიტოქონდრიული ატფ სინთაზასთვის და მიკრომოლარულ კონცენტრაციებში ეფექტურად ბლოკავს პროტონების ტრანსპორტირებას F-ს მეშვეობით.. ეს ინჰიბიტორი ასევე მოქმედებს ზოგიერთ ბაქტერიულ ფერმენტში, რომლებიც აჩვენებენ მაღალ მსგავსებას მიტოქონდრიულ ატფ სინთაზასთან, მაგ. ფერმენტი მეწამული ბაქტერიისგან Rhodobacter capsulatus. მაგრამ ATP სინთაზა ქლოროპლასტებისა და ბაქტერიების უმეტესობისგან (მათ შორის ეშერიხია კოლი) აქვს დაბალი მგრძნობელობა ოლიგომიცინის მიმართ.
ასევე უნდა აღინიშნოს, რომ ოლიგომიცინი მაღალი კონცენტრაციით ასევე მოქმედებს მიტოქონდრიული F-ის აქტივობაზე.1.

DCCD (აბრევიატურა Dicyclohexylcarbodiimide-ის ასევე ცნობილი როგორც DCC, როგორც N,N'-დიციკლოჰექსილკარბოდიიმიდი, როგორც Bis(cyclohexyl)carbodiimide და როგორც 1,3-dicyclohexylcarbodiimide) არის პატარა ორგანული მოლეკულა, რომელსაც შეუძლია კოვალენტურად შეცვალოს პროტონირებული კარბოდიმიდი. როდესაც ემატება ATP სინთაზას pH 8-ზე ზემოთ, DCCD თითქმის ექსკლუზიურად რეაგირებს ქვედანაყოფის შენარჩუნებული მჟავე ამინომჟავის ნარჩენების კარბოქსილის ჯგუფთან. (ამიტომ ქვედანაყოფი ზოგჯერ უწოდებენ "DCCD-შემაკავშირებელ ცილას"). რომელსაც აქვს ამაღლებული pK და, შესაბამისად, შეიძლება პროტონირებული იყოს ასეთ მაღალ pH-ზე. კარბოქსილის ჯგუფის მოდიფიკაცია ერთში -ქვეერთეული საკმარისია მთლიანის გამოსატანად - ბეჭედი ოლიგომერი არააქტიურია. რადგან DCCD კოვალენტურად უკავშირდება -ქვეგანყოფილება, ეს დათრგუნვა შეუქცევადია.
ქვეერთეულში შენახული ამინომჟავის ნარჩენების კარბოქსილის ჯგუფი -ქვეგანყოფილება წარმოდგენილია ყველა ATP სინთაზაში, რომელიც აქამდე იყო ცნობილი. ასე რომ, DCCD არის უნივერსალური ინჰიბიტორი, რომელსაც შეუძლია F ფუნქციონირებს ბაქტერიულ, მიტოქონდრიულ და ქლოროპლასტის ფერმენტებში. უფრო მეტიც, V- და A ტიპის პროტონების გადამტანი ატფ-აზები ასევე მგრძნობიარეა DCCD-ის მიმართ იმავე მიზეზით. ნატრიუმის გადამტანი ATP სინთაზები ასევე ეფექტურად ინჰიბირებულია DCCD-ით.
დაბალ pH-ზე (

ვენტურიციდინი

მაკროლიდური ანტიბიოტიკი ვენტურიციდინი (ასევე ცნობილი როგორც Aabomycin) იზოლირებულია ა Streptomyces sp. თავდაპირველად აღწერილი იყო, როგორც სოკოს საწინააღმდეგო საშუალება. მოგვიანებით გაირკვა, რომ ვენტურიციდინი არის ATP სინთაზას ძლიერი ინჰიბიტორი, რომელიც სპეციალურად ბლოკავს პროტონის ტრანსლოკაციას F-ს მეშვეობით.. ოლიგომიცინის მსგავსად, ის აკავშირებს ქვედანაყოფის ინტერფეისს და - ბეჭედი ოლიგომერი. თუმცა, ვენტურიციდინის სპეციფიკა არ შემოიფარგლება მხოლოდ მიტოქონდრიული ATP სინთეზით და ის ეფექტურად აინჰიბირებს ბაქტერიულ და ქლოროპლასტის ფერმენტებს. ვენტურიციდინით ასევე ძლიერ ინჰიბირებულია Na +-ტრანსლოკაციური ატფ სინთაზები.
თუ შეერთება F-ს შორის და ფ1 კარგია, ვენტურიციდინი ასევე ბლოკავს F-ს აქტივობას1. ასე რომ, ეს ინჰიბიტორი კარგი არჩევანია დაწყვილების ეფექტურობის სწრაფი შესამოწმებლად. მისი მნიშვნელოვანი უპირატესობები DCCD-თან შედარებით არის სწრაფი ეფექტი და მარტივი გამოყენება. DCCD-ისგან განსხვავებით, ვენტურიციდინი შეიძლება ინახებოდეს როგორც კონცენტრირებული მარაგის ხსნარი დიდი ხნის განმავლობაში ინჰიბიტორული ძალის დაკარგვის გარეშე.
ფ.-ს აფინურობა ვენტურიციდინი ძალიან მაღალია. In Rhodobacter capsulatus ატფ სინთაზას ნახევარ-მაქსიმალური ინჰიბირება დაფიქსირდა ვენტურიციდინის 2-5 ნმ კონცენტრაციაზე.

F-ის ინჰიბიტორები1

აზიდი

აზიდი შერჩევით თრგუნავს ატფ-სინთაზას ატფ-აზას აქტივობას, ტოვებს მის ატფ-ს სინთეზის აქტივობას უცვლელად. ეს ნაჩვენებია მიტოქონდრიულ F-ში1 რომ აზიდი აკავშირებს MgADP-თან (ურთიერთქმედება მის ბეტა-ფოსფატთან) კატალიზურ ადგილზე და, სავარაუდოდ, ხელს უშლის ADP-ის გამოყოფას ამ ადგილიდან. თუმცა, ქვედანაყოფის გამა როტაცია იძულებითი საკმარისად მაღალია pmf ან გარეგანი ძალის გამოყენებით შეიძლება გამოდევნოს ოკლუზიური ADP კატალიზური ადგილიდან, ფერმენტის აქტიურ ატფ სინთეზამდე მიყვანა.

ტენტოქსინი

ტენტოქსინი არის ფიტოტოქსინი, რომელიც წარმოიქმნება სოკოების მიერ ალტერნარია სახეობა. ის კონკრეტულად აფერხებს ზოგიერთი ქლოროპლასტის ATP სინთეზის ატფ-აზას აქტივობას და არ ახდენს გავლენას ბაქტერიულ და მიტოქონდრიულ ფერმენტებზე. უფრო მეტიც, ზოგიერთი ქლოროპლასტის ATP სინთაზა ასევე მდგრადია ტენტოქსინების მიმართ.
ტენტოქსინი აკავშირებს ნაპრალზე ალფა და ბეტა ქვედანაყოფებს შორის F-ის N-ტერმინალური ბეტა-ლულის გვირგვინთან ახლოს.1. მცირე კონცენტრაციით (დაახლოებით 1-10 მმ) ტენტოქსინი თრგუნავს ატფ-ის ჰიდროლიზს, ხოლო უფრო მაღალ კონცენტრაციებში ინჰიბირება იხსნება. ტენტოქსინის შეკავშირების ადგილი განისაზღვრა ქლოროპლასტის F-ის რენტგენული ანალიზით1 კრისტალიზდება ინჰიბიტორის თანდასწრებით.

ეფრაპეპტინი

ეფრაპეპტინი (ასევე ცნობილია როგორც A 23871 ან A23871) არის საერთო სახელი მცირე პეპტიდების ჯგუფის ანტიბიოტიკებისთვის, რომლებსაც შეუძლიათ შეკავშირება F-ში.1 მაღალი აფინურობით და თრგუნავს ატფ-ის სინთეზსაც და ჰიდროლიზსაც. ეფრაპეპტინის შეკავშირების ადგილი განისაზღვრა მსხვილფეხა რქოსანი მიტოქონდრიული F-ის რენტგენული ანალიზით1 კრისტალიზდება ინჰიბიტორის თანდასწრებით. სავარაუდოა, რომ ეფრაპეპტინი აფიქსირებს გამა ქვედანაყოფს F შიგნით1 და დაბლოკოს ამ ქვედანაყოფის ბრუნვა.
ეფრაპეპტინები ძლიერ ინჰიბიტორებს წარმოადგენენ მიტოქონდრიული ატფ სინთაზასა და ზოგიერთი ბაქტერიული ფერმენტისთვის. ინჰიბიტორული ეფექტი პირველად შეინიშნებოდა მეწამული ბაქტერიის ქრომატოფორებში Rhodospirillum rubrum. ქლოროპლასტის ატფ სინთაზა მხოლოდ მსუბუქად მგრძნობიარეა ეფრაპეპტინის მიმართ.

ფტორ-ალუმინატი (AlF4)

ფტორ-ალუმინატზე დაფუძნებული ინჰიბიტორები მიბაძავს ATP გამა-ფოსფატის გარდამავალ მდგომარეობას. ისინი აკავშირებენ ADP-თან ერთად კატალიზურ უბნებში და ყინავს ფერმენტს კონფორმაციით, რომელიც სავარაუდოდ ასახავს ATP ჰიდროლიზის/სინთეზის შუალედურ საფეხურს.

პროტონი/ATP თანაფარდობა

ადრეული ექსპერიმენტებიდან მიტოქონდრიებზე H + /ATP თანაფარდობა ATP სინთეზისთვის შეფასდა როგორც 3. თუმცა, ქლოროპლასტის ფერმენტისთვის ფიგურა 4 აღმოჩნდა უფრო სავარაუდო. თერმოდინამიკური მოსაზრებებიდან გამომდინარე 3 პროტონზე ნაკლები პრო ATP ძნელად შესაძლებელია, რადგან ატფ-ის სინთეზისთვის საჭირო ენერგია ფიზიოლოგიურ პირობებში არის დაახლოებით 50 კჯ მოლი -1 (

520 მევ), ასე რომ, ფიზიოლოგიური პროტონმოძრავი ძალის მნიშვნელობებით 120-200 მვ დიაპაზონში, მინიმუმ 3 პროტონი უნდა გადაიტანოს საჭირო ენერგიის მისაღებად.

არ არსებობს დამაჯერებელი მტკიცებულება ან არგუმენტი, რომ ეს თანაფარდობა უნდა იყოს მთელი რიცხვი.

მოსალოდნელია, რომ ეს თანაფარდობა დამოკიდებული იქნება F-ში c-ქვეერთეულების რაოდენობაზე: რადგან ფერმენტზე არის 3 კატალიზური ადგილი და
ყველაზე შესაძლებელია, რომ ატფ-ის სინთეზი განპირობებული იყოს მბრუნავი მექანიზმით,

H + /ATP = (c -ქვეერთეულების რაოდენობა) / 3

მაგრამ აქ პრობლემა ის არის, რომ ც-ქვეერთეულების ექსპერიმენტულად განსაზღვრული რიცხვები ATP სინთაზებში სხვადასხვა ორგანიზმებიდან არის 10, 11, 14 და 15, რაც ვარაუდობს 3.33, 3.67, 4.67 და 5 თანაფარდობებს შესაბამისად. ასევე შესაძლებელია, რომ c-ქვეგანყოფილების სტოქიომეტრია იცვლებოდეს უჯრედში არსებული სიტუაციიდან გამომდინარე.

ATP სინთაზას მდებარეობა

ATP სინთაზა გვხვდება ბაქტერიებში, მიტოქონდრიებში და ქლოროპლასტებში. ბაქტერიებში ის განლაგებულია უჯრედის მემბრანაში მოცულობითი ჰიდროფილური კატალიზური F1 ნაწილი წებოვანა ციტოპლაზმაში. ორიენტაცია საკმაოდ ადვილი დასამახსოვრებელია, რადგან ბაქტერიას სჭირდება ATP სინთეზირება უჯრედის შიგნით და არა გარეთ. პროტონული ნაკადით ნაკლებად ადვილია ვიფიქრო, რომ პროტონები ყოველთვის მიდიან ATP-თან ერთად: ATP სინთეზის დროს ისინი შედიან ბაქტერიულ უჯრედში (მეტი ATP შიგნით, მეტი პროტონი შიგნით) და ATP ჰიდროლიზის დროს ისინი ტოვებენ. უჯრედი და გადადის გარე გარემოში (ნაკლები ATP შიგნით, ნაკლები პროტონები შიგნით).
მიტოქონდრიაში ATP სინთაზა მდებარეობს შიდა მემბრანაში, ჰიდროფილური კატალიზური F.1 ნაწილი მატრიცაშია ჩასმული. გარკვეულწილად, მიტოქონდრიონი არის ბაქტერია, რომელიც შთანთქავს ევკარიოტული უჯრედის მიერ: მაშინ შიდა მიტოქონდრიული მემბრანა შეესაბამება ბაქტერიის უჯრედის მემბრანას.
ქლოროპლასტებში ფერმენტი მდებარეობს თილაკოიდურ მემბრანაში F1 ნაწილი ეკვრება სტრომაში.


რამდენი კატალიზური ადგილი აქვს ფერმენტს?

რამდენად სწრაფია ATP სინთაზა?

სიმარტივისთვის, გვერდით დავტოვოთ უფრო „ბიოქიმიური“, მაგრამ ნაკლებად გასაგები მნიშვნელობები „ატფ-ის მიკრომოლები წუთში მგ პროტეინზე“ და განვიხილოთ ATP მოლეკულების რაოდენობა, რომლებიც სინთეზირებულია (ან ჰიდროლიზებულია) ერთი ATP სინთეზაზას მიერ ერთ წამში.
მაქსიმალური სიხშირე 100 წმ-1-ზე მეტი იყო მოხსენებული ბაქტერიული, მიტოქონდრიული და ქლოროპლასტის ფერმენტებისთვის ATP სინთეზისთვის. ATP ჰიდროლიზის სიჩქარე ნაკლებად ნათელი საკითხია, რადგან დაწყვილებული ფერმენტი მცირე მემბრანულ ვეზიკულებში (ყველაზე ხშირად გამოყენებული ექსპერიმენტული სისტემა) სწრაფად აყალიბებს შედარებით მაღალ პროტონულ ძალას, რომელიც მოქმედებს როგორც უკანა წნევა და აჩერებს ჰიდროლიზს. ასევე მოხსენებული იყო დაუწყვილებელი ან ხსნადი ფერმენტის სიხშირეზე 100 s -1-ზე მეტი.
ცოცხალ უჯრედში ფერმენტი, სავარაუდოდ, მოქმედებს მაქსიმალურ შესაძლო სიჩქარეზე ქვემოთ, აწარმოებს ათობით ATP მოლეკულას წამში.

1) C. Etzold, G. Deckers-Hebestreit და K. Altendorf. (1997) Escherichia coli F-ის ბრუნვის ნომერი 1 - ატფ სინთაზა ატფ-ის სინთეზისთვის მემბრანულ ვეზიკულებში. Eur.J.Biochem. 243 (1-2):336-343.
2) R. L. Cross, C. Grubmeyer და H. S. Penefsky. (1982) ATP ჰიდროლიზის მექანიზმი ძროხის გულის მიტოქონდრიული ATPase. სიჩქარის გაუმჯობესებები, რომლებიც წარმოიქმნება თანამშრომლობითი ურთიერთქმედების შედეგად მრავალ კატალიზურ ადგილს შორის. J.Biol.Chem. 257:12101-12105.
3) U. Junesch და P. Gräber. (1985) ატფ-ის სინთეზის სიჩქარე, როგორც დელტა pH-ის ფუნქცია ნორმალურ და დითიოთრეიტოლით მოდიფიცირებულ ქლოროპლასტებში. Biochim.Biophys.Acta 809:429-434.

პროტონის ტრანსლოკაცია F-ს მეშვეობითო

მიუხედავად იმისა, რომ ATP სინთაზას Fo ნაწილს ხშირად მოიხსენიებენ როგორც "პროტონულ (ic) არხს", ის არ არის არხი. ის მნიშვნელოვნად განსხვავდება "რეალური" პროტონული არხებისგან (მაგ. გრამიციდინი, M2 გრიპის ვირუსისგან და ა.შ.). ყველაზე მნიშვნელოვანი განსხვავება ისაა, რომ გამტარ მდგომარეობაში ყოფნისას მემბრანული არხი არ საჭიროებს კონფორმაციულ ცვლილებებს პროტონის გადაადგილებისთვის, ხოლო F ატფ სინთაზას ნაწილი აკეთებს. გადაცემის სიჩქარე ასევე ძალიან ნელია არხისთვის: 100 მვ ძაბვის დროს სახელმძღვანელოები იძლევა სიჩქარეს დაახლოებით 10 6 იონს წამში იონური არხისთვის, რაც 100-ჯერ აღემატება F-ის მაქსიმალურ შესაბამის მნიშვნელობებს. ნაწილი. ასე რომ, ეს უკანასკნელი პროტონის გადამზიდველის ტიპიური მაგალითია (ტუმბოს სახით მუშაობის უნარი კიდევ უფრო ადასტურებს ამას - არცერთ არხს არ შეუძლია ამის გაკეთება).
თუმცა, ტერმინი "პროტონული არხები" ხშირად გამოიყენება მემბრანის ცილების გარკვეული რეგიონებისთვის, რომლებიც მონაწილეობენ პროტონის ტრანსლოკაციაში (მაგ. პროტონული არხები ციტოქრომ ოქსიდაზაში, ან პროტონის შესასვლელი არხი ბაქტერიოროდოპსინში). იმის გამო, რომ ისინი არასოდეს კვეთენ მთელ მემბრანას, მათ ზოგჯერ უწოდებენ "პროტონულ ნახევარარხებს".
ATP სინთაზას პროტონ-ტრანსლოკაციული რეგიონი წარმოიქმნება a და c-ქვეგანყოფილების ოლიგომერით. არსებობს ორი გარკვეული ამინომჟავის ნარჩენი, რომლებიც კრიტიკულად მნიშვნელოვანია პროტონის ტრანსლოკაციისთვის. პირველი არის მჟავე ნარჩენი (ძირითადად Glu, ზოგიერთ ორგანიზმში Asp) ქვეერთეულის მეორე ტრანსმემბრანული ალფა-სპირალის შუაში. მეორე არის Arg ქვეერთეულის ბოლო, მაგრამ ერთი ტრანსმემბრანული სპირალი. ამ ორ ნარჩენში თითქმის ყველა მუტაცია იწვევს აქტივობის სრულ დაკარგვას. რამდენიმე სხვა მნიშვნელოვანი ჰიდროფილური ამინომჟავის ნარჩენები განლაგებულია a ქვეერთეულზე, მაგრამ მათი ჩანაცვლება იწვევს მხოლოდ აქტივობის ნაწილობრივ დაკარგვას.
ამჟამინდელი უპირატესი ჰიპოთეზა პროტონის ტრანსპორტირების ATP სინთაზას მეშვეობით ეფუძნება სტოქასტურ მბრუნავ მექანიზმს. ვარაუდობენ, რომ c-სქვეერთეულზე შენახული მჟავე ნარჩენი შეიძლება დეპროტონირებული იყოს (ანუ უარყოფითად დამუხტული) მხოლოდ a და c ქვეერთეულებს შორის ცილა-ცილის ინტერფეისის წინაშე, რადგან ენერგიულად არახელსაყრელია მუხტის გამოვლენა ჰიდროფობიურ ლიპიდურ ორშერში.
პროტონი შემოდის ერთი ნახევრად არხის მეშვეობით, უერთდება უპროტონულ, უარყოფითად დამუხტულ კარბოქსილის ჯგუფს c-ქვეგანყოფილების კონსერვირებული Glu (ან Asp). ეს უკანასკნელი ხდება ელექტრულად ნეიტრალური და ახლა შეუძლია შევიდეს ჰიდროფობიურ ლიპიდურ ფაზაში. როგორც კი ეს მოხდება, კიდევ ერთი c-ქვეგანყოფილება პროტონირებული გლუ (Asp) ლიპიდური ფაზიდან მეორე მხრიდან ცილოვან-პროტეინის ინტერფეისის ზონაში გადადის და თავის პროტონს ათავისუფლებს მეორე ნახევარარხით. ახლა უარყოფითი მუხტის ტარებით, მას არ შეუძლია უკან დაბრუნება, მაგრამ შეუძლია ერთი პოზიციით წინ წავიდეს და მიიღოს მეორე პროტონი პირველი ნახევარარხიდან. ციკლი დასრულებულია. დააწკაპუნეთ აქ ანიმაციური მულტფილმისთვის, რომელიც ასახავს ზემოთ მოცემულ მექანიზმს, ან ჩამოტვირთეთ ბევრად უფრო ლამაზი (და, შესაბამისად, ბევრად უფრო დიდი) ფილმი პროფ. იუნგის ვებგვერდიდან!

რა არის Beta DELSEED თანმიმდევრობა?

Beta DELSEED რეგიონი არის ბეტა ქვედანაყოფის ნაწილი, რომელსაც აქვს -Asp-Glu-Leu-Ser-Glu-Glu-Asp- ამინომჟავების თანმიმდევრობა (აქედან გამომდინარე, სახელწოდება: ერთასოიანი ამინომჟავის კოდში ეს არის DELSEED). ეს ფრაგმენტი უაღრესად კონსერვირებულია ყველა ATP სინთაზაში. თუმცა, მისი როლი ბოლომდე არ არის ნათელი. ბაქტერიულ ATP სინთეზში თერმოფილური ბაცილი PS3 აჩვენა, რომ ეს რეგიონი არ არის აუცილებელი არც ATP ჰიდროლიზისთვის და არც ATP-ით გამოწვეული გამა ქვეგანყოფილების ბრუნვისთვის Alpha3-Beta3 კომპლექსში, მაგრამ თამაშობს როლს ქვეგანყოფილების Epsilon-ის ინჰიბიტორულ მოქმედებაში. სავარაუდოა, რომ ში ბაცილი PS3 უარყოფითად დამუხტული Asp და Glu ნარჩენები ურთიერთქმედებენ დადებითად დამუხტულ Lys-თან და Arg-თან Epsilon-ის C-ტერმინალურ დომენში და ბლოკავს ჰიდროლიზს.
სავარაუდოა, რომ იგივე მექანიზმი მუშაობს სხვა ბაქტერიების ATP სინთაზაში და ქლოროპლასტის ფერმენტში. მიტოქონდრიულ ATP სინთაზაში ასეთი მექანიზმი ნაკლებად სავარაუდოა, რადგან დელტა ქვედანაყოფს (ბაქტერიული ეპსილონის მიტოქონდრიული ჰომოლოგი) აკლია მნიშვნელოვანი დადებითი მუხტები მის C-ტერმინალურ დომენში.


შინაარსი

1 წილადი თავის სახელს იღებს ტერმინიდან "ფრაქცია 1" და F (იწერება როგორც ასო "o" და არა "ნულოვანი") მისი სახელი მომდინარეობს ოლიგომიცინის დამაკავშირებელი ფრაქციისგან, ბუნებრივი წარმოშობის ანტიბიოტიკის ტიპით, რომელსაც შეუძლია დათრგუნოს F. ატფ სინთაზას ერთეული. [3] [4] ეს ფუნქციური რეგიონები შედგება სხვადასხვა ცილის ქვედანაყოფებისგან - იხილეთ ცხრილები. ეს ფერმენტი გამოიყენება ატფ-ის სინთეზში აერობული სუნთქვის გზით.

თილაკოიდურ მემბრანასა და შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში მდებარე ATP სინთაზა შედგება ორი F რეგიონისგან. და ფ1. ფ იწვევს F-ის ბრუნვას1 და შედგება c-რგოლისა და ქვეერთეულებისგან a, two b, F6. ფ1 შედგება α, β, γ და δ ქვეერთეულებისგან. ფ1 აქვს წყალში ხსნადი ნაწილი, რომელსაც შეუძლია ატფ-ის ჰიდროლიზება. ფ მეორეს მხრივ აქვს ძირითადად ჰიდროფობიური რეგიონები. ფ1 ქმნის გზას პროტონების გადაადგილებისთვის მემბრანის გასწვრივ. [7]

ფ1 რეგიონის რედაქტირება

1 ატფ სინთაზას ნაწილი ჰიდროფილურია და პასუხისმგებელია ატფ-ის ჰიდროლიზებაზე. ფ1 ერთეული გამოდის მიტოქონდრიული მატრიქსის სივრცეში. α და β ქვედანაყოფები ქმნიან ჰექსამერს 6 შეკვრის ადგილით. სამი მათგანი კატალიზურად არააქტიურია და ისინი აკავშირებენ ADP-ს.

სამი სხვა ქვედანაყოფი ახდენს ATP სინთეზის კატალიზებას. მეორე ფ1 γ, δ და ε ქვედანაყოფები ბრუნვის საავტომობილო მექანიზმის (როტორი/ღერძი) ნაწილია. γ ქვეერთეული საშუალებას აძლევს β-ს გაიაროს კონფორმაციული ცვლილებები (ანუ დახურული, ნახევრად ღია და ღია მდგომარეობები), რაც საშუალებას აძლევს ATP-ს შებოჭოს და გამოთავისუფლდეს სინთეზის შემდეგ. ფ1 ნაწილაკი დიდია და მისი დანახვა შესაძლებელია გადამცემ ელექტრონულ მიკროსკოპში უარყოფითი შეღებვით. [8] ეს არის 9 ნმ დიამეტრის ნაწილაკები, რომლებიც წიწაკებენ შიდა მიტოქონდრიულ გარსს.

1 – ქვედანაყოფები [9]
ქვედანაყოფი ადამიანის გენი შენიშვნა
ალფა ATP5A1, ATPAF2
ბეტა ATP5B, ATPAF1, C16orf7
გამა ATP5C1
დელტა ATP5D მიტოქონდრიული "დელტა" არის ბაქტერიული/ქლოროპლასტიკური ეპსილონი.
ეფსილონი ATP5E უნიკალურია მიტოქონდრიისთვის.
OSCP ATP5O ბაქტერიულ და ქლოროპლასტურ ვერსიებში "დელტას" უწოდებენ.

ფო რეგიონის რედაქტირება

არის წყალში უხსნადი ცილა რვა ქვედანაყოფით და ტრანსმემბრანული რგოლით. რგოლს აქვს ტეტრამერის ფორმა სპირალის მარყუჟის სპირალის პროტეინთან ერთად, რომელიც გადის კონფორმაციულ ცვლილებებს პროტონაციისა და დეპროტონაციისას, უბიძგებს მეზობელ ქვედანაყოფებს ბრუნვისკენ, რაც იწვევს F-ის ბრუნვას. რაც შემდეგ ასევე გავლენას ახდენს F-ის კონფორმაციაზე1, რის შედეგადაც ხდება ალფა და ბეტა ქვედანაყოფების მდგომარეობის შეცვლა. ფ ATP სინთაზას რეგიონი არის პროტონული ფორა, რომელიც ჩაშენებულია მიტოქონდრიულ მემბრანაში. იგი შედგება სამი ძირითადი ქვედანაყოფისგან, a, b და c. ექვსი c ქვეერთეული ქმნის როტორის რგოლს, ხოლო b ქვედანაყოფი ქმნის ღეროს, რომელიც აკავშირებს F-ს1 OSCP, რომელიც ხელს უშლის αβ ჰექსამერის ბრუნვას. ქვეერთეული a აკავშირებს b-ს c რგოლს. [11] ადამიანებს აქვთ ექვსი დამატებითი ქვედანაყოფი, d, e, f, g, F6 და 8 (ან A6L). ფერმენტის ეს ნაწილი განლაგებულია მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაში და აკავშირებს პროტონის გადაადგილებას ბრუნვამდე, რაც იწვევს ატფ-ის სინთეზს F-ში.1 რეგიონი.

ევკარიოტებში მიტოქონდრიული F აყალიბებს მემბრანდამხვევ დიმერებს. ეს დიმერები თავისთავად აწყობენ გრძელ მწკრივებს კრისტაების ბოლოს, შესაძლოა კრისტას ფორმირების პირველი საფეხური. [12] დიმერული საფუარის ატომური მოდელი F რეგიონი განისაზღვრა კრიო-EM-ით საერთო გარჩევადობით 3.6 Å. [13]

-მთავარი ქვედანაყოფები
ქვედანაყოფი ადამიანის გენი
MT-ATP6, MT-ATP8
ATP5F1
ATP5G1, ATP5G2, ATP5G3

1960-იან წლებში 1970-იან წლებში, პოლ ბოიერმა, UCLA-ს პროფესორმა, შეიმუშავა სავალდებულო ცვლილების ან ფლიპ-ფლოპის მექანიზმის თეორია, რომელიც ამტკიცებდა, რომ ATP სინთეზი დამოკიდებულია ATP სინთეზის კონფორმაციულ ცვლილებაზე, რომელიც წარმოიქმნება გამა ქვედანაყოფის ბრუნვით. ჯონ ე. უოლკერის კვლევითმა ჯგუფმა, რომელიც მაშინ კემბრიჯში მდებარე მოლეკულური ბიოლოგიის MRC ლაბორატორიაში კრისტალიზაცია მოახდინა F.1 ატფ სინთაზას კატალიზური დომენი. სტრუქტურა, იმ დროისთვის ცნობილი ყველაზე დიდი ასიმეტრიული ცილის სტრუქტურა, მიუთითებდა, რომ ბოიერის მბრუნავი კატალიზის მოდელი, არსებითად, სწორი იყო. ამის გასარკვევად, ბოიერმა და უოკერმა გაიზიარეს 1997 წლის ნობელის პრემიის ნახევარი ქიმიაში.

F-ის კრისტალური სტრუქტურა1 აჩვენა ალფა და ბეტა ცვლადი ქვედანაყოფები (თითოეულიდან 3), რომლებიც განლაგებულია ფორთოხლის სეგმენტების მსგავსად მბრუნავი ასიმეტრიული გამა ქვედანაყოფის გარშემო. ATP სინთეზის ამჟამინდელი მოდელის მიხედვით (ცნობილია როგორც ალტერნატიული კატალიზური მოდელი), ტრანსმემბრანული პოტენციალი, რომელიც შექმნილია (H+) პროტონის კათიონებით, რომლებიც მოწოდებულია ელექტრონის სატრანსპორტო ჯაჭვის მიერ, ამოძრავებს (H+) პროტონურ კათიონებს მემბრანთაშორისი სივრციდან მემბრანის მეშვეობით. ფ ATP სინთაზას რეგიონი. ნაწილი F (c-ქვეერთეულების რგოლი) ბრუნავს პროტონების მემბრანაში გავლისას. c-რგოლი მჭიდროდ არის მიმაგრებული ასიმეტრიულ ცენტრალურ ღეროზე (ძირითადად შედგება გამა ქვეერთეულისგან), რაც იწვევს მის ბრუნვას ალფაში.3ბეტა31 იწვევს 3 კატალიზური ნუკლეოტიდის დამაკავშირებელ ადგილს კონფორმაციული ცვლილებების სერიას, რაც იწვევს ATP სინთეზს. მაიორი ფ1 ქვედანაყოფებს ხელს უშლის ცენტრალური ყუნწის როტორთან სიმპათიით ბრუნვას პერიფერიული ყუნწით, რომელიც უერთდება ალფას3ბეტა3 F-ის არამბრუნავ ნაწილამდე. უცვლელი ATP სინთაზას სტრუქტურა ამჟამად ცნობილია კომპლექსის ელექტრონული კრიო-მიკროსკოპიის (კრიო-EM) კვლევების დაბალი გარჩევადობით. ATP სინთაზას კრიო-EM მოდელი ვარაუდობს, რომ პერიფერიული ღერო არის მოქნილი სტრუქტურა, რომელიც ეხვევა კომპლექსს F-თან შეერთებისას.1. სწორ პირობებში, ფერმენტული რეაქცია ასევე შეიძლება განხორციელდეს საპირისპიროდ, ატფ-ის ჰიდროლიზით, რაც პროტონს მემბრანაზე გადატუმბავს.

შებოჭვის ცვლილების მექანიზმი მოიცავს β ქვედანაყოფის აქტიურ ადგილს სამ მდგომარეობას შორის. [14] "ფხვიერ" მდგომარეობაში, ADP და ფოსფატი შედის აქტიურ ადგილზე მიმდებარე დიაგრამაში, ეს ნაჩვენებია ვარდისფერში. შემდეგ ფერმენტი განიცდის ფორმის ცვლილებას და აიძულებს ამ მოლეკულებს ერთად, აქტიური ადგილი მიღებულ "მჭიდრო" მდგომარეობაში (წითლად ნაჩვენები) აკავშირებს ახლად წარმოქმნილ ATP მოლეკულას ძალიან მაღალი აფინურობით.საბოლოოდ, აქტიური საიტი ბრუნდება ღია მდგომარეობაში (ნარინჯისფერი), ათავისუფლებს ATP და აკავშირებს მეტ ADP-ს და ფოსფატს, მზად არის ATP წარმოების შემდეგი ციკლისთვის. [15]

სხვა ფერმენტების მსგავსად, F-ის აქტივობა1 ATP სინთაზა შექცევადია. დიდი რაოდენობით ATP იწვევს ტრანსმემბრანული პროტონული გრადიენტის შექმნას, ეს გამოიყენება ბაქტერიების დუღილის დროს, რომლებსაც არ აქვთ ელექტრონების გადამტანი ჯაჭვი, არამედ ჰიდროლიზებენ ATP-ს პროტონული გრადიენტის შესაქმნელად, რომელსაც ისინი იყენებენ ფლაგელას გადასატანად და ტრანსპორტირებისთვის. ნუტრიენტები უჯრედში.

ფიზიოლოგიურ პირობებში ბაქტერიების სუნთქვისას, ატფ სინთაზა, ზოგადად, საპირისპირო მიმართულებით მოძრაობს, ქმნის ატფ-ს, ხოლო ელექტრონის სატრანსპორტო ჯაჭვის მიერ შექმნილ პროტონულ ძალას იყენებს, როგორც ენერგიის წყაროს. ამ გზით ენერგიის შექმნის საერთო პროცესს ოქსიდაციური ფოსფორილირება ეწოდება. იგივე პროცესი მიმდინარეობს მიტოქონდრიაში, სადაც ATP სინთაზა მდებარეობს შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში და F.1- ნაწილი პროექტებს მიტოქონდრიულ მატრიცაში. ატფ-ს მოხმარება ატფ-სინთაზას მიერ პროტონული კათიონების მატრიცაში ტუმბოს.

ითვლება, რომ ATP სინთაზას ევოლუცია მოდულარული იყო, რის შედეგადაც ორი ფუნქციურად დამოუკიდებელი ქვედანაყოფი ასოცირდებოდა და შეიძინა ახალი ფუნქციონირება. [16] [17] ეს ასოციაცია, როგორც ჩანს, მოხდა ევოლუციური ისტორიის დასაწყისში, რადგან არსებითად ATP სინთაზას ფერმენტების ერთი და იგივე სტრუქტურა და აქტივობა გვხვდება ცხოვრების ყველა სამეფოში. [16] F-ATP სინთაზა აჩვენებს მაღალ ფუნქციურ და მექანიკურ მსგავსებას V-ATPase-სთან. [18] თუმცა, მაშინ როცა F-ATP სინთაზა წარმოქმნის ATP-ს პროტონული გრადიენტის გამოყენებით, V-ATPase წარმოქმნის პროტონულ გრადიენტს ATP-ის ხარჯზე, რაც წარმოქმნის pH მნიშვნელობებს 1-მდე. [19]

1 რეგიონი ასევე ავლენს მნიშვნელოვან მსგავსებას ჰექსამერული დნმ-ის ჰელიკაზებთან (განსაკუთრებით Rho ფაქტორთან) და მთელი ფერმენტის რეგიონი აჩვენებს გარკვეულ მსგავსებას H +-თან.
-ძრავიანი T3SS ან ფლაგელარული საავტომობილო კომპლექსები. [18] [20] [21] α3β3 ჰექსამერი F1 რეგიონი გვიჩვენებს მნიშვნელოვან სტრუქტურულ მსგავსებას ჰექსამერული დნმ-ის ჰელიკაზებთან, ორივე ქმნის რგოლს 3-ჯერადი ბრუნვის სიმეტრიით ცენტრალური ფორით. ორივეს აქვს როლი, რომელიც დამოკიდებულია მაკრომოლეკულის ფარდობით ბრუნვაზე პორების შიგნით, დნმ-ის ჰელიკაზები იყენებენ დნმ-ის სპირალურ ფორმას დნმ-ის მოლეკულის გასწვრივ მოძრაობის დასამყარებლად და ზეგადახვევის გამოსავლენად, ხოლო α3β3 ჰექსამერი იყენებს კონფორმაციულ ცვლილებებს γ ქვედანაყოფის ბრუნვის გზით ფერმენტული რეაქციის გასატარებლად. [22]

H +
F-ის ძრავა ნაწილაკი დიდ ფუნქციურ მსგავსებას აჩვენებს H +-თან
ძრავები, რომლებიც ამოძრავებენ flagella-ს. [18] ორივეს აქვს მრავალი პატარა ალფა-სპირალი ცილის რგოლი, რომელიც ბრუნავს ახლომდებარე სტაციონარულ ცილებთან შედარებით H +-ის გამოყენებით.
პოტენციური გრადიენტი, როგორც ენერგიის წყარო. თუმცა, ეს ბმული მტკივნეულია, რადგან ფლაგელარული ძრავების საერთო სტრუქტურა ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე F-ის. ნაწილაკი და რგოლი დაახლოებით 30 მბრუნავი ცილით ბევრად აღემატება 10, 11 ან 14 სპირალურ ცილას F-ში. კომპლექსი. თუმცა უფრო უახლესი სტრუქტურული მონაცემები აჩვენებს, რომ ბეჭედი და ყუნწი სტრუქტურულად ჰგავს F-ს1 ნაწილაკი. [21]

ATP სინთაზას წარმოშობის მოდულური ევოლუციის თეორია ვარაუდობს, რომ ორი დამოუკიდებელი ფუნქციის მქონე ქვედანაყოფი, დნმ ჰელიკაზა ATPase აქტივობით და H +
ძრავა, შეძლეს დაკავშირება და ძრავის ბრუნვამ გამოიწვია ჰელიკაზის ATPase აქტივობა საპირისპიროდ. [16] [22] შემდეგ ეს კომპლექსი უფრო ეფექტურობით განვითარდა და საბოლოოდ ჩამოყალიბდა დღევანდელ რთულ ატფ სინთაზებად. ალტერნატიულად, დნმ ჰელიკაზა/ H +
საავტომობილო კომპლექსს შესაძლოა ჰქონოდა H+
ტუმბოს აქტივობა ჰელიკაზას ატფ-აზას აქტივობით, რომელიც მართავს H +-ს
ძრავა საპირისპიროდ. [16] ეს შესაძლოა განვითარდეს საპირისპირო რეაქციის განსახორციელებლად და მოქმედებდეს როგორც ATP სინთაზა. [17] [23] [24]

აღმოჩენილია ატფ სინთაზას სხვადასხვა ბუნებრივი და სინთეზური ინჰიბიტორები. [25] ისინი გამოიყენებოდა ატფ სინთაზას სტრუქტურისა და მექანიზმის შესამოწმებლად. ზოგიერთი შეიძლება იყოს თერაპიული გამოყენება. არსებობს ATP სინთაზას ინჰიბიტორების რამდენიმე კლასი, მათ შორის პეპტიდური ინჰიბიტორები, პოლიფენოლური ფიტოქიმიკატები, პოლიკეტიდები, ორგანული ნაერთები, პოლიენური α-პირონის წარმოებულები, კათიონური ინჰიბიტორები, სუბსტრატის ანალოგები, ამინომჟავების მოდიფიკატორები და სხვა სხვადასხვა ქიმიკატები. [25] ზოგიერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული ATP სინთაზას ინჰიბიტორია ოლიგომიცინი და DCCD.

ბაქტერიების რედაქტირება

E. coli ატფ სინთაზა არის ატფ სინთაზას უმარტივესი ცნობილი ფორმა, 8 სხვადასხვა ქვედანაყოფის ტიპით. [11]

ბაქტერიულ F-ATPA-ებს ზოგჯერ შეუძლიათ საპირისპირო მოქმედება, აქცევს მათ ATPase-ად. [26] ზოგიერთ ბაქტერიას არ აქვს F-ATPase, იყენებს A/V ტიპის ATPase ორმხრივად. [9]

საფუარი რედაქტირება

საფუარი ATP სინთაზა არის ერთ-ერთი ყველაზე კარგად შესწავლილი ევკარიოტული ATP სინთაზა და ხუთი F.1, რვა F იდენტიფიცირებულია ქვედანაყოფი და შვიდი ასოცირებული ცილა. [7] ამ ცილების უმეტესობას აქვს ჰომოლოგები სხვა ევკარიოტებში. [27] [28] [29] [30]

მცენარეთა რედაქტირება

მცენარეებში ატფ სინთაზა ასევე გვხვდება ქლოროპლასტებში (CF1-ATP სინთაზა). ფერმენტი ინტეგრირებულია CF თილაკოიდურ მემბრანაში1ნაწილი იკვრება სტრომაში, სადაც ხდება ფოტოსინთეზის ბნელი რეაქციები (ასევე უწოდებენ სინათლისგან დამოუკიდებელ რეაქციებს ან კალვინის ციკლს) და ATP სინთეზს. ქლოროპლასტის ატფ სინთაზას საერთო სტრუქტურა და კატალიზური მექანიზმი თითქმის იგივეა, რაც ბაქტერიული ფერმენტის. თუმცა, ქლოროპლასტებში პროტონის მამოძრავებელი ძალა წარმოიქმნება არა რესპირატორული ელექტრონის სატრანსპორტო ჯაჭვის, არამედ პირველადი ფოტოსინთეზური ცილების მიერ. სინთაზას აქვს 40-aa ჩანართი გამა-სუბერთეულში, რათა დათრგუნოს უსარგებლო მოქმედება სიბნელეში. [31]

ძუძუმწოვარი რედაქტირება

მსხვილფეხა რქოსანი პირუტყვისგან გამოყოფილი ატფ სინთაზა (ბოს კურო) გულის მიტოქონდრია, ბიოქიმიისა და სტრუქტურის თვალსაზრისით, ყველაზე კარგად დამახასიათებელი ატფ სინთაზაა. ძროხის გული გამოიყენება როგორც ფერმენტის წყარო გულის კუნთში მიტოქონდრიის მაღალი კონცენტრაციის გამო. მათ გენებს აქვთ ადამიანის ატფ სინთაზასთან ახლო ჰომოლოგია. [32] [33] [34]

ადამიანის გენები, რომლებიც კოდირებენ ATP სინთაზას კომპონენტებს:

სხვა ევკარიოტები რედაქტირება

ევკარიოტებს, რომლებიც მიეკუთვნებიან ზოგიერთ განსხვავებულ გვარს, აქვთ ATP სინთაზას განსაკუთრებული ორგანიზაცია. ევლენოზოა ATP სინთეზა აყალიბებს დიმერს ბუმერანგის ფორმის F-ით.1 თავი ისევე როგორც სხვა მიტოქონდრიული ATP სინთაზა, მაგრამ F ქვეკომპლექსს აქვს მრავალი უნიკალური ქვედანაყოფი. იგი იყენებს კარდიოლიპინს. ინჰიბიტორული IF1 ასევე აკავშირებს განსხვავებულად, ტრიპანოსომატიდასთან გაზიარებული გზით. [35]

არქეა რედაქტირება

არქეებს ზოგადად არ აქვთ F-ATPase. ამის ნაცვლად, ისინი ასინთეზირებენ ATP-ს A-ATPase/sinthase-ის გამოყენებით, მბრუნავი მანქანა, რომელიც სტრუქტურულად მსგავსია V-ATPase-ს, მაგრამ ძირითადად ფუნქციონირებს როგორც ATP სინთაზა. [26] ბაქტერიების F-ATPase-ს მსგავსად, ითვლება, რომ ის ასევე ფუნქციონირებს როგორც ATPase. [9]


მადლიერება/ფინანსური ინფორმაცია

ეს ნაშრომი ნაწილ-ნაწილ მხარი დაუჭირა კვლევით გრანტს GM28454 ზოგადი სამედიცინო მეცნიერებების ეროვნული ინსტიტუტისგან (TAK), ბრწყინვალების კლასტერში “მაკრომოლეკულური კომპლექსები” ფრანკფურტის გოეთეს უნივერსიტეტში (DFG პროექტი EXC 115) (BB და TM). ) და DFG ერთობლივი კვლევის ცენტრი (SFB) 807 (TM-მდე). I.W-ს მხარი დაუჭირა Deutsche Forschungsgemeinschaft, Sonderforschungsbereich 815, Project Z1 (Redox-Proteomics).


5. ორი დაწყვილებული ძრავის სხვადასხვა საფეხურის ზომები მოითხოვს შიდა ელასტიურობას

1-ATP სინთაზა, ორი ნანომოტორი მუშაობს ერთმანეთის წინააღმდეგ. პროტონის მამოძრავებელი ძალიდან გამომდინარე, E. coli პროტეოლიპოსომებში არსებულ ფერმენტებს შეუძლიათ ATP სინთეზიდან ATP ჰიდროლიზზე გადასვლა [3]. ATP სინთეზის ან ჰიდროლიზის ქიმიური პოტენციალი F-ში1 მუშაობს ელექტროქიმიური პოტენციალის სხვაობის წინააღმდეგ მემბრანაზე, რომელიც ამოძრავებს ძრავას F-ში. ორი ძრავა მუშაობს სხვადასხვა სიჩქარით. ფ1 არის 3 საფეხურიანი ძრავა, ხოლო F არის 10 საფეხურიანი ძრავა E. coli-ში (ან 8� სტეპერი, ორგანიზმის მიხედვით). ჩნდება კითხვა, თუ როგორ გადაეცემა ენერგია ამ ორ ძრავას შორის და როგორ შეუძლია ფერმენტს გადალახოს ენერგეტიკული ბარიერები სისტემისთვის, სადაც ორი ძრავა სხვადასხვა გადაცემათა კოლოფის მჭიდროდ არის დაკავშირებული. ვარაუდობენ, რომ ძრავები ელასტიურად არის დაკავშირებული [4,79�]. ხისტი სისტემის ნაცვლად, ამ ფერმენტის გარკვეული ნაწილები ელასტიურად რბილია და შეუძლიათ ენერგიის შენახვა დროებით, სანამ არ იქნება საჭირო ქიმიური რეაქციისთვის. ამრიგად, ფერმენტს შეუძლია იმუშაოს მაღალი ბრუნვის სიჩქარით და კინეტიკური ეფექტურობით.

ერთმოლეკულური ექსპერიმენტების სერიაში, სიელაფმა და თანამშრომლებმა დაადგინეს ეს ელასტიური ელემენტები [49,50]. მათ გამოიყენეს მუტანტები E. coli1 ან ფ1 რომელიც შეიცავდა ორ ტექნოლოგიურ ცისტეინს, ერთი როტორში (ქვეგანყოფილებები γ ან ) და მეორე სტატორში (ქვეერთეულები β, α ან ) ეწინააღმდეგება ყოფილ ცისტეინს (სურათი 3 ). ცისტეინის წყვილი, კერძოდ aI223C/cL72C (ლურჯი ფიგურაში 3 ), �/� (მწვანე) და �/� (წითელი), მოთავსებული იყო როტორის ყუნწის სიგრძეზე მისი სხვადასხვა ელასტიურობის გამოსაკვლევად. ბრუნვის ანალიზში ფერმენტი მიმაგრებული იყო მინის ზედაპირზე მეშვეობით ჰისტიდინის ტეგები თითოეულ β ქვეერთეულში, ხოლო მოკლე ფლუორესცენტურად მარკირებული აქტინის ძაფი (დაახლოებით 0,5 µm) ან კვანტური წერტილით (Q-წერტილი) დოპირებული მაგნიტური მძივი (1 µm) დაკავშირებული სხვა ფერმენტზე. მხარე მსახურობდა რეპორტიორად ვიდეომიკროსკოპიისთვის. ჟურნალისტები ვალდებულნი იყვნენ ან - ბეჭედი F-ში1, ან γ F-ში1შესაბამისად (სურათი 3 ,).

() როტაციის ანალიზით E. coli1 მიმაგრებულია საფარის მინაზე მეშვეობით ჰისტიდინის (His)-ტეგები ქვეგანყოფილებაში β, განპირობებული ATP ჰიდროლიზით. TMR-ით ეტიკეტირებული ფლუორესცენტური აქტინის ძაფი შეწყვილებულია სტრეპტოკოკთან თითოეულში ქვედანაყოფი მეშვეობით სტრეპტაქტინის–ბიოტინის ბმული. როტორის შიდა ელასტიურობის დასაკვირვებლად, სამი მუტანტი როტორსა და სტატორზე ორი ერთმანეთის საპირისპირო ცისტეინებით იყო დამუშავებული, როგორც მითითებულია. დაჟანგვის შემდეგ ისინი ემსახურებოდნენ დისულფიდური ხიდის ფორმირებას და ფერმენტის გარკვეულ პოზიციაზე გაჩერებას. () სტატორის შიდა ელასტიურობის მონიტორინგისთვის გამოყენებული იქნა Q-dot დოპირებული მაგნიტური ნაწილაკი აქტინის ძაფის ნაცვლად. 2. მაგნიტური ნაწილაკი დაფარული იყო სტრეპტავიდინით ან სტრეპტაქტინით, მასთან დასაკავშირებლად 2, ან უშუალოდ ორი ცისტეინის/ბიოტინის მეშვეობით ქვედანაყოფის მემბრანულ განუყოფელ ნაწილში , ან ირიბად - ბეჭედი, რომელიც ჯვარედინი იყო დაკავშირებული ქვეერთეულთან ორი ცისტეინის მეშვეობით, როგორც მითითებულია, შესაბამისად. () ფერმენტის–ძაფის კომპლექსის შესაბამისობა სამი ორმაგი მუტანტისთვის ნაჩვენები (), განისაზღვრება ჯვარედინი შეკრული ცილის თერმული რყევებით. ჰისტოგრამები დამონტაჟდა გაუსიანებთან და ბრუნვის სიმტკიცე მიღებული იყო მათი შებრუნებული სიგანიდან, რის შედეგადაც 450, 59 და 47 pN·nm იყო ლურჯი, მწვანე და წითელი მრუდი, შესაბამისად (ადაპტირებულია [50]-დან). () მოდელი F1 წითლად აჩვენებს ყველაზე მაღალი ელასტიურობის ადგილს, კერძოდ, საკონტაქტო ადგილს -ბეჭედი γε. შესაბამისობა pN·nm ერთეულებში მოცემულია ფერმენტის სხვადასხვა დომენისთვის (სურათი მოწოდებულია S. Engelbrecht-ისა და W. Junge-ის მიერ).

ATP-ის დამატების შემდეგ და შემცირების პირობებში, ქვედანაყოფებმა დაიწყეს როტაცია, როგორც მოსალოდნელი იყო. დაჟანგვის შემდეგ, ორმა ცისტეინმა შექმნა დისულფიდური ხიდი და ფერმენტმა შეწყვიტა ბრუნვა. ამ მდგომარეობაში ხილული იყო მხოლოდ ფერმენტ-რეპორტიორის სისტემის თერმული რყევები. ამ რყევების ჰისტოგრამამ აჩვენა გაუსის მსგავსი განაწილება (სურათი 3 ). გაუსელების სიგანე σ უკუპროპორციული იყო ბრუნვის სიხისტის κ (pN·nm-ში) σ = k-ითT/κ, სადაც კ არის ბოლცმანის მუდმივი და T აბსოლუტური ტემპერატურა. γ-ის დახვეული კოჭის ლილვს ჰქონდა საშუალო სიხისტე κ = 320 pN·nm. ყველაზე მცირე ბრუნვის სიხისტის მქონე ნაწილი განლაგებული იყო ბრუნვის წარმოქმნის შესაბამის უბნებს შორის F-ში.1 და ფ— ანუ, γ-ის გლობულური ნაწილის ინტერფეისზე და - ბეჭედი. 70 pN·nm-ზე ნაკლები ბრუნვის სიმტკიცით, მას შეუძლია შეინახოს 14 კჯ მოლი და #x022121 ელასტიური ენერგია, რათა გააუმჯობესოს ორი ძრავის თანამშრომლობა, როდესაც ისინი მუშაობენ ერთმანეთის წინააღმდეგ. შეუზღუდავ ფერმენტში, შესაბამისობა კიდევ უფრო დაბალი იყო (დაახლოებით 35 pN·nm, როგორც დავასკვნათ ფერმენტის დგომის პოზიციებიდან), გამოწვეული ბერკეტის მოქნილი ანჯის მოძრაობით β ქვედანაყოფებში. უფრო მეტიც, თავისუფალი და ჯვარედინი კავშირების სისტემის მოლეკულური დინამიკის სიმულაციამ გამოავლინა გასაოცარი შეთანხმება ექსპერიმენტულ მონაცემებთან [83].

მეორეს მხრივ, აღმოჩნდა, რომ სტატორი მინიმუმ 10-ჯერ უფრო მკაცრი იყო, ვიდრე როტორის ყველაზე შესაბამისი ნაწილი. ველური ტიპის ელასტიურობა 2 დიმერი შეადარეს მუტაციურს ქვედანაყოფები, რომლებიც ან წაგრძელებული იყო 11 ამინომჟავის ნარჩენებით (‘გრძელი’) ან დესტაბილიზაცია მოხდა სამი თანმიმდევრული ნარჩენების გლიცინებით ჩანაცვლებით (‘Gly3-მუტანტი’) [49]. ბრუნვის ანალიზში, Q-dot დოპირებული მაგნიტური მარცვალი სტატორთან დაწყვილებული იყო რეპორტიორის ფუნქცია F-ის მოძრაობის მონიტორინგისთვის.1 (სურათი 3 ). იმის გამო, რომ სტატორი თავისთავად არ ბრუნავდა, მოძრაობა ხელოვნურად იყო გამოწვეული გარე მბრუნავი მაგნიტური ველის გამოყენებით, რომელიც ატარებდა მძივს წინ ან უკან. შემოწმებულია მუშაობის ორი რეჟიმი. (i) როდესაც მაგნიტური მძივი იყო დაწყვილებული მემბრანის განუყოფელ ბოლოს 2 დიმერი ცისტეინის–ბიოტინის–სტრეპტავიდინის შეერთებით, დიმერი გადაუგრიხეს მისი ღერძის გარშემო. (ii) ფიზიოლოგიური მოხრის მოძრაობა 2 შეისწავლეს მაგნიტური მძივის შეერთებით - ბეჭედი, რომელიც ჯვარედინი იყო დაკავშირებული ქვეერთეულთან . ყველა შემთხვევაში, შესაბამისობა იყო დაახლოებით 500 pN·nm, გარდა Gly3-მუტანტის დახრისა. აქ შესაბამისობა სამჯერ დაბალი იყო ველური ტიპის ფერმენტთან შედარებით. მუტანტების ატფ-დამოკიდებული H+-სატუმბი აქტივობა განახევრდა ველური ტიპის F-თან შედარებით.1-ATP სინთაზა. მიუხედავად ამისა, დესტაბილიზებული სტატორის მქონე ეს მუტანტები აქტიურები იყვნენ, რადგან მისი შესაბამისობის სამჯერ დაწევა (ანუ ჯერ კიდევ ერთი სიდიდით აღემატება როტორის შესაბამისობას) დიდად არ იმოქმედებდა სტატორის სტაბილურობაზე. ელასტიური თვისებები შეჯამებულია ფიგურაში 3 . ამ მონაცემებმა მხარი დაუჭირა ენერგიის გადაცემის თეორიულ მოდელს F-ში1-ATP სინთაზა როტორში გარდამავალი შექცევადი დეფორმაციებით.


ატფ სინთაზას უჯრედების გარეშე გამოხატვა და შეკრება

უჯრედებისგან თავისუფალი (CF) გამოხატვის ტექნოლოგიები წარმოიშვა, როგორც პერსპექტიული მეთოდები სხვადასხვა ტიპისა და წარმოშობის ინდივიდუალური მემბრანის ცილების წარმოებისთვის. თუმცა, ბევრი მემბრანის ცილა უნდა იყოს ინტეგრირებული კომპლექსურ შეკრებებში ხსნად და მემბრანულად ინტეგრირებულ ქვედანაყოფებთან ურთიერთქმედებით, რათა მიიღონ სტაბილური და ფუნქციურად დაკეცილი სტრუქტურები. სრული მოლეკულური მანქანების წარმოება CF ექსპრესიით, როგორც მხოლოდ ცალკეული ქვედანაყოფების წარმოების წინსვლა, გახსნის მრავალ ახალ შესაძლებლობებს მათი შეკრების მექანიზმების, ფუნქციის ან შემადგენლობის შესასწავლად. ჩვენ ვაჩვენებთ CF წარმატებულ ფორმირებას დიდი მოლეკულური კომპლექსების, რომლებიც შედგება მემბრანული ინტეგრირებული და ხსნადი ქვედანაყოფებისგან atp ოპერონი-დან Caldalkalibacillus thermarum შტამი TA2.A1 გამოყენებით ეშერიხია კოლი ექსტრაქტები. ოპერონი მოიცავს ცხრა ღია წაკითხვის ჩარჩოს და 542-kDa F1-ATP სინთეზაზას კომპლექსი შედგება 9 ხსნადი და 16 მემბრანაში ჩადებული ცილისგან α სტექიომეტრიაში3β3γδɛab213. სრული შეკრება ფუნქციურ კომპლექსში განხორციელდა სამივე, როგორც წესი, გამოყენებული CF გამოხატვის რეჟიმში (i) საწყისი ნალექების ხსნარებით, (ii) სარეცხი საშუალებების მიცელებში კოტრანსლაციური ჩასმით ან (iii) წინასწარ ჩამოყალიბებულ ლიპოსომებში კოტრანსლაციური ჩასმით. რვავე ქვედანაყოფის არსებობა, ისევე როგორც სპეციფიკური ფერმენტული აქტივობა და კომპლექსის ინჰიბირება, დადასტურდა ბიოქიმიური ანალიზით, გაყინვა-მოტეხილობის ელექტრონული მიკროსკოპით და იმუნოგოლის მარკირებით. გარდა ამისა, ერთნაწილაკიანი ანალიზი აჩვენებს, რომ CF-ის სტრუქტურა და ქვედანაყოფის ორგანიზაცია და მითითება in vivo გამოხატული ATP სინთაზას კომპლექსები იდენტურია. ეს ნაშრომი აყალიბებს უაღრესად კომპლექსური მოლეკულური მანქანების წარმოებას განსაზღვრულ გარემოში, როგორც პროტეომიცელების ან პროტეოლიპოსომის სახით, როგორც CF გამოხატვის სისტემების ახალი გამოყენება.


ATP Synthase აჩვენებს ‘Slippage’-ის მიზეზს

სიცოცხლის ძრავა უფრო მეტ ინჟინერულ დახვეწილობას აჩვენებს ყოველი ახალი აღმოჩენით.

ATP სინთაზა უდავოდ არის ერთ-ერთი ყველაზე საოცარი მოლეკულური მანქანა, რომლის შესახებაც ჩვენ მოგვითხრობს. პაწაწინა, მაგრამ ძლიერი, ეს მბრუნავი ძრავა, რომელიც მუშაობს ჩვენი საკვებისგან გამოთავისუფლებულ პროტონებზე, წარმოუდგენლად ეფექტური, სწრაფი და რთულია. ის არის აუცილებელი მთელი ცხოვრებისთვის, ის ეჭვქვეშ აყენებს ნებისმიერი სახის ეტაპობრივ ევოლუციური წარმოშობას. მაგრამ წლების განმავლობაში მეცნიერებს აინტერესებდათ მის ორ ნახევარს შორის შეუსაბამობა.

ძრავა შედგება ორი ნაწილისგან, სახელწოდებით F0 (რომელიც ბრუნავს პროტონის მამოძრავებელი ძალით) და F1 (სადაც ATP სინთეზირდება, თითო რევოლუციაზე 3 ATP გამოდის). გაუგებარი შეუსაბამობა მოდის ამ ორ ტაიმში ერთეულების რაოდენობით. ATP სინთაზას სხვადასხვა სახეობას აქვს 8-დან 17-მდე “c ქვედანაყოფი” F-ში0 (ჩვეულებრივ 10-დან 12-მდე), რომლებიც ქმნიან კარუსელს, რომელიც ბრუნავს და აბრუნებს “გამა” ცენტრალურ ღეროს, რომელიც მოქმედებს როგორც ამწე ლილვი, რომელიც აკავშირებს ორ ნაწილს. ფ1 თუმცა, ნაწილს აქვს სამი წყვილი ორი ერთეულისგან. F-ის ყოველი სრული ბრუნვისთვის0, ამწე ლილვის შესაბამისი ბრუნვით, F-ში იწარმოება სამი ATP1. რატომ არ არის ამ ორს შორის ლამაზი მთელი რიცხვი? როგორ შეიძლება 11 c ქვედანაყოფები F-ში0 შეესაბამება 3 ATP მოლეკულას F-ში1? მექანიზმში არის რაიმე ცურვა?

ATP synthase არის მბრუნავი ძრავა, რომელიც წარმოქმნის 3 ATP-ს თითო რევოლუციაზე.

ახალი ნაშრომი შევიდა მეცნიერება ჟურნალი უფრო ნათელს ჰფენს ამ თავსატეხს. მიტოქონდრიული ატფ სინთაზას “ მბრუნავ სუბსტატიებში ვლინდება მოქნილი F-ის საფუძველი1-ფ დაწყვილება,” მერფი და სხვ. გადახედეთ საკითხს: “ მუდმივი კითხვაა, როგორ არის სტექიომეტრიულად შეუსაბამო c რგოლი F-ში (შედგება 8-დან 17 c ქვეერთეულებისგან) და სამჯერ სიმეტრიული F1 თავები ეფექტურად წყვილდება.” ქაღალდის რეზიუმე აცხადებს ამ შეუსაბამობის მიზეზს, რაც ატფ სინთაზას უფრო და უფრო ჰგავს “ კარგად ზეთიან მანქანას”-

მათ ამოხსნეს ATP სინთაზას კომპლექსის მაღალი რეზოლუციის კრიო-ელექტრონული მიკროსკოპული სტრუქტურები, ამოიღეს 13 ბრუნვის სუბსტატია.სტრუქტურების ეს კოლექცია გამოვლინდა, რომ F-ის ბრუნვამ ბეჭედი და ცენტრალური ღერო შერწყმულია F-ის ნაწილობრივი ბრუნვით1 ხელმძღვანელი. ამ მოქნილობამ შეიძლება მისცეს თავი უკეთესად გააწყოს უწყვეტი ბრუნვა დისკრეტული ATP სინთეზის მოვლენებით.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არის F-ის უმნიშვნელო როტაცია1 თავი, რომელიც არა მხოლოდ სინქრონიზებს ორ ნახევარს, არამედ რეალურად შეუძლია ხელი შეუწყოს ძრავის პროდუქტიულობას. ვისაც უყვარს ჟარგონი,

ჩვენ ამას ვპოულობთ 1 თავი ბრუნავს ცენტრალურ ღეროსთან ერთად და c რგოლი დაახლოებით 30°-ით, ან ერთი c ქვეერთეულით, ყოველი 120° საფეხურის დასაწყისში. F-ის მოქნილი შეერთება1 გაემართეთ F ძრავა, ძირითადად, შუამავლობით ხდება დომენთაშორის ბმულზე არსებული საკინძით ოლიგომიცინის მგრძნობელობის მომნიჭებელი ცილა (OSCP) ქვედანაყოფი, რომელიც უერთდება F1 თავი პერიფერიულ ყუნწში. ცენტრალური ყუნწის γ ქვედანაყოფის გაფართოებული ორსპირალის შეკვრა ურთიერთქმედებს F-ის ერთი β ქვედანაყოფის დაჭერა-მარყუჟის რეგიონით1 ხელმძღვანელი. მოქნილი შეერთების მექანიზმი, სავარაუდოდ, შენარჩუნებული იქნება [ანუ, განუვითარებელი] სხვა ფ1-ფ ატფ სინთაზები. ჩვენი შედეგები გვაწვდის ძალიან საჭირო კონტექსტს გამოქვეყნებული მონაცემების სიმრავლისთვის, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ OSCP არის უჯრედში მეტაბოლური კონტროლის ცენტრი.

ეს არის ელეგანტური დიზაინი. ის ძირითადად უზრუნველყოფს ინტერფეისს განსხვავებულ ნაწილებს შორის, როგორიცაა ადამიანის მიერ შექმნილი”უნივერსალური სამაგრი” მოქნილი კონექტორით, რომელსაც შეუძლია იმუშაოს სხვადასხვა მოდელებთან. ავტორები ამას აჯამებენ შემდეგნაირად:

ATP სინთაზებში, F1 კატალიზური თავი შეუძლია როტორს ახლდეს ბრუნვის გზით დან

30° თითოეულის დასაწყისში

120 ° ნაბიჯი. ეს მოძრაობა იძლევა F-ის მოქნილ შეერთებას1 და ფ. The ინტერდომენური საკიდი OSCP-ის ხელს უწყობს მოქნილ შეერთებას და აქცევს ამ ქვედანაყოფის შესაბამის [დეფ. “შესაფერისი კარგად ადაპტირებული შესაბამისი შესაბამისი ადგილი”] წერტილი ATP სინთეზის რეგულირებისთვის.

გარდა ამისა, ავტორებმა აღმოაჩინეს ლითონის იონი (ალბათ Zn +2), რომელიც შესაძლოა ჩართული იყოს პროტონის ნაკადის ბრუნვით გადაქცევაში. ეს არის ATP სინთაზას კიდევ ერთი იდუმალი ასპექტი: როგორ აქცევს პროტონების ნაკადი რეალურად F-ს0 ძრავა? ძნელი სათქმელია, რადგან ძრავის ეს ნაწილი მემბრანაშია ჩასმული. ისინი ასკვნიან, “A კონსერვაცია [არაევოლუციური] მეტალის იონი პროტონული წვდომის არხში შეუძლია c-ring პროტონაციის სინქრონიზაცია ბრუნვასთან.” ამ ჰიპოთეზას შეიძლება დასჭირდეს დამატებითი კვლევა. ასევე შეიძლება გასათვალისწინებელი იყოს c ქვეერთეულების მრავალფეროვნების გამოკვლევა სახეობებს შორის, იმის გასარკვევად, არის თუ არა მიზეზები 8, 10, 12 ან 17 ქვეერთეულებისთვის, რაც დამოკიდებულია გარემოზე, ან არის თუ არა ისინი განპირობებული ნეიტრალური მუტაციებით, რომლებიც შენარჩუნებულია “მოქნილი შეერთებით& #8221 განკუთვნილია განსათავსებლად.

ზედმეტია იმის თქმა, რომ ავტორებს ნაშრომში არ უხსენებიათ “ევოლუცია”.

ATP synthase არის მოლეკულური მანქანა, რომლის გამოყენებაც შეგიძლიათ თქვენი მეგობრების და #8220wow”. “იცოდით, რომ მუშაობთ მბრუნავ ძრავებზე?” მარტივი სიტყვებით, აღწერეთ ეს წყლის ბორბლის მსგავსი მოქმედება, რომელიც ამუშავებს მექანიზმს, რომელიც აკავშირებს ATP-ს და ქმნის 3 ATP-ს თითო რევოლუციაზე. უთხარით მათ, რომ ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური ძრავა, რომელიც ოდესმე აღმოჩენილა, მაგრამ დაამატეთ, რომ ის არის მილიარდი მეტრის ზომის. უთხარით მათ, რომ პროტონები მოდის იმ საკვებიდან, რომელიც ახლახან შეჭამეთ, და რომ ამ პატარა ძრავების კვადრილონიები 6000 RPM-ზე მეტი ტრიალებს თქვენში ახლა. ამან შეიძლება გამოიწვიოს წარმოშობის შესახებ ცოცხალი დისკუსიები.