az ATP hidrolízis által hajtott forgás

a hidrolitikus rotációs ciklus három 120o lépésből áll az enzim katalitikus F1-tartományában, amelyet a “katalitikus lakkok” biofizikai forgási kísérletei határoznak meg . Minden 120o lépés 120o lépés után katalitikus lakhatás által meghatározott allépcsőkre van osztva, a beavatkozó” ATP kötés “30o, a” foszfát felszabadulás ” pedig 95O. A foszfát felszabadulása lehetővé teszi az enzim számára, hogy befejezze a 120O lépést, és elérje az ATP kötési lakását. Leírtuk, a struktúrák, a F1-katalitikus domain a foszfát kiadás, illetve katalitikus lakozik, valamint kimutatták, hogy a 35o rotary al-lépésre között foszfát kiadás, illetve katalitikus lakik, attól függ, hogy a kiadás a foszfát a “ATP kötelező” laknak, amely aztán lehetővé teszi, hogy az enzim, hogy folytassa a “katalitikusan laknak” . Maga a katalitikus lakhely egy átmenetet jelent, ahol egy kötött ATP molekula hidrolízisre lebeg. Jelenlegi erőfeszítéseink középpontjában az F1-ATPáz encephalopathia katalitikus lakásának meghatározása áll.

A film Generációs 30 ° forgatás a γ-alegység a encephalopathia F1-atp-áz által a kiadás foszfát a ßE-alegység. A film az F1-TIOP oldaláról nyílik a szalag ábrázolásban, a kötött tiofoszfát narancssárga gömbként. Az α – És β-alegységek vörös, illetve sárga színűek. Ezután az aTP-, aDP-, ßTP – és ßDP-alegységeket egymás után távolítják el, így az aeße-dimer és a középső szárrészek γ, δ És ε (kék, bíbor, illetve zöld). Ez a maradék alkomplex 100°-kal jobbra fordul az y-tengely körül, hogy az AE-alegység és a központi szár oldalnézetét felfedje. Ezután eltávolítjuk a δ – És ε-alegységeket és a γ-42-210 maradékokat, és a ßE-alegység halványabbá válik. Az utolsó képkockákban a kötött foszfát felszabadul, az AE-alegység kinyílik és eltávolodik a γ – alegységtől, megzavarva az AE-és γ-alegységek közötti csomagolási kölcsönhatásokat. Ezen kölcsönhatások helyreállítása érdekében a γ-alegység 30° – kal forog. A végső állapot szerkezete az F1-I3-Tiopban található szarvasmarha F1-ATPáz post-foszfát felszabadulási állapota.

Forgatás által vezérelt pmf

A kulcs a hiányzó adat, a megértés, a generációs rotációs a pmf a részletes struktúra atomi szinten az út a protonok vegye át a membrán domain az enzim. A mai napig elérhető legjobb struktúra az, amelyet 2015-ben 4 Å felbontásban határoztunk meg a Paracoccus denitrificans enzimkomplexum röntgenkristályosításával . Másokat 2015-ben és 2016-ban a szarvasmarha-és gombaenzimek egyes részecskéinek krioelektronmikroszkópos vizsgálatával határoztak meg, legjobb esetben 6 Å felbontásban . Azonban ezek a modellek az összes hiánya a részlet szükséges a készítmény a molekuláris mechanizmus a generációs rotációs a proton-hajtóerő, valamint, mert az enzimek mozgékonysága, rugalmasság, egyetlen részecske az enzim fogadhat el sok különböző pozíciókat. Ezért szokatlanul nehéz problémát jelent a cryo-em megközelítés számára.

ábra az F-ATPáz membrántartományát a P. angusta-tól. Az A-D-ben az a-alegység kukorica-virág kék. A és B, oldalról és a membrántartomány alatt szilárd ábrázolású. A C10-gyűrű szürke, A b-alegység (felső rész nem látható) rózsaszín, a halványsárga, téglavörös, világos cián és bézs szegmensek pedig az F, ATP8, aH1 és bH1 alegységhez rendelt transzmembrán α-helices, Ch1-Ch4. A c-gyűrűben az I-IV jelzi az A. C és D alegységgel érintkező négy transzmembrán C-terminális α-helixet, az a-alegység nézeteit szilárd és rajzfilmszerű ábrázolásban, kívülről nézve, a C-gyűrűvel való interfészről nézve, az aH1 sápadt Cián-ban. A megőrzött poláris maradványok sárgaek, a patológiákhoz kapcsolódó emberi mutációk pozíciói (lásd Az S1 táblázatot) pirosak. A rózsaszín gömb az AH5-ben megőrzött Arg-179-et jelöli, amely elengedhetetlen a proton transzlokációhoz. Az alsó nyíl jelzi a protonok bemeneti útját, amelyek a C-gyűrű c-α-helix-II termináljában a Glu-59-re kerülnek. A gyűrű körül az óramutató járásával ellentétes forgással, felülről nézve, mindaddig, amíg meg nem érkeznek az Arg-179-hez, ahol belépnek a kilépési útvonalba, amelyet a felső nyíl jelöl.

bakteriális ATP szintázok szerkezete

ábra bakteriális ATP szintázok. (A) F1-atp-áz a Caldalkalibacillus thermarum a 2.6 Å felbontású röntgen krisztallográfiához; (B) az ATP-szintáz enzim a Paracoccus denitrificans 4 Å felbontású röntgen krisztallográfiához; (C) az ATP-szintáz a Escherichia coli 7 Å állásfoglalása krio-EM.

Viszonylagos, hogy a kiterjedt vizsgálatok, hogy az általunk elvégzett mitokondriális enzimek, a struktúrák, a bakteriális ATP synthases volna kicsit vizsgálták, kivéve struktúrák az F1 katalitikus tartományok az enzimek a Escherichia coli, valamint Geobacillus stearothermophilus (korábban Bacillus stearothermophilus) a 3.2 3.9 Å állásfoglalás, illetve szerkezetek a c-gyűrű a membrán domainek különböző fajok . Ennek a lacunának a kitöltése érdekében eddig 4 Å felbontásban közreműködtünk a Paracoccus denitrificans teljes enzimének felépítésében, valamint G. M. szakács professzorral és az Új-zélandi Dunedin kollégákkal együttműködve a Caldalkalibacillus thermarum, a Fusobacterium nucleatum és a Mycobacterium smegmatis ATP-szintázok F1 katalitikus doménjeinek szerkezetében. A C. thermarum egy termoalkalifil, katalitikus tartományának szerkezete 2,6 Å felbontásban a még meghatározott F1-ATPáz baktérium legpontosabb szerkezete . Az enzim M. a smegmatis szorosan kapcsolódik az M. tuberculosis enzimjéhez. Katalitikus tartományának szerkezetét 4 Å felbontásra határozták meg, és új tuberkulózis elleni gyógyszerek kifejlesztésére irányult. Az opportunista periodontális kórokozó, a Fusobacterium nucleatum számos betegséggel társul, beleértve az orális fertőzéseket, az előzetes terhességi eredményeket, a gyomor-bélrendszeri betegségeket és az ateroszklerózist. Továbbá összefüggésbe hozták a colorectalis rák kialakulásával és progressziójával a daganatellenes immunjelző utak gátlása és a kemorezisztencia későbbi előmozdítása révén. Kötelező anaerob és a glutakonil-CoA dekarboxilációjának szabad energiája a Crotonil-CoA-hoz a Na+ ionok sejtmembránon keresztüli szállítására, hogy nátrium-ion indítóerőt (smf) generáljon. Az ATP szintáz az smf-et használja a katabolikus és anabolikus reakciókhoz szükséges ATP szintézisének elősegítésére. F1-katalitikus tartományának szerkezetét 3,6 Å felbontásban határozták meg . A cryo-EM segítségével közzétették az E. coli ép ATP szintázának térképét , amely az ε-alegységet “felfelé” helyzetben mutatja (lásd alább), a közelmúltban pedig a Geobacillus stearothermophilus ATP-szintázának szerkezetét 3 Å-ra határozták meg .

szerkezete parazita ATP szintázok

ábra Az F1-ATPase származó Trypanosoma brucei. Az α-, β-, γ-, δ-, ε-és P18 alegységek vörös, sárga, kék, zöld, bíbor és cián. A és B) az oldal-és felső nézetek ábrázolása; C-E) A C), a szarvasmarha F1-ATPase, D), A T. felületábrázolása. a szürke színű, P18-as brucei enzimet eltávolították, és a szarvasmarhaenzimen kívüli aminosavakat mutató színes részeket, valamint E)a P18-as T. brucei enzimet.

az ATP-szintázok összetevőinek szerkezete és funkciói, különösen az ATP katalitikus képződésében közvetlenül részt vevő alegységek, széles körben konzerválódnak metazoánokban, gombákban, eubaktériumokban és növényi kloroplasztokban. A térkép alapján a 32.5 Å állásfoglalásban meghatározott in situ a mitokondriumok a euglenozoan parazita, Trypanosoma brucei, amelyet elektron krio-tomográfia, a bizottság javasolta, hogy az ATP-szintáz ez a faj a nem-kanonikus struktúra különböző katalitikus helyek, ahol a katalitikusan alapvető arginin-ujj, feltéve, hogy nem az α-alegység mellett a katalitikus nukleotid kötőhely, mint minden faj vizsgált randizni, de egy fehérje, az ún p18 már csak a euglenozoa . Drs Alena Zíková-val és Ondřej Gahurával együttműködve a csehországi České Budějovice Parazitológiai Intézetéből a T. brucei F1-ATPase-t jellemeztük, és az enzim kristályszerkezetét 3,2 Å felbontásban határoztuk meg . Ez a szerkezet azt mutatja, hogy az ATP-szintáz katalitikus tartományának nem kanonikus szerkezete van, a különböző katalitikus helyek pedig helytelenek. Sok szempontból a T. brucei F1-ATPase szerkezete szorosan hasonlít a korábban meghatározott F1-Atpázisok szerkezetéhez. A katalitikus tartomány α3β3-gömb alakú része, ahol a három katalitikus hely, valamint a központi szár található, erősen konzervált, és az arginin ujját hagyományosan az α-alegységek biztosítják a β-alegységekben található mindhárom katalitikus hely mellett. Így az enzim hagyományos katalitikus mechanizmussal rendelkezik. A szerkezet különbözik a korábbiaktól azáltal, hogy p18-alegységgel rendelkezik, amelyet csak az euglenozoákban azonosítottak, amelyek a három α-alegység külső felületéhez kapcsolódnak, ezáltal kidolgozva az F1-tartományt. A P18 alegység egy pentatricopeptid repeat (PPR) fehérje, három PPR-vel, és úgy tűnik, hogy nincs funkciója az enzim katalitikus mechanizmusában. A T. brucei a szubszaharai Afrikában élő háziállatok alvási betegségének és ezzel összefüggő betegségeinek okozója, és F1-Atpázisainak szerkezete új gyógyszerek kifejlesztését célozza a betegség kezelésére.

a cardiolipin szerepe

az anionos lipid kardiolipin az aktív ATP szintázok lényeges összetevője. A metazoánokban rotorjaik nyolc c-alegységből álló gyűrűt tartalmaznak, amelyek n -, illetve C-terminális α-helixek belső és külső köreiből állnak. A C-terminális α-hélix kezdete szigorúan konzervált és teljesen trimetilezett lizin maradékot tartalmaz a membrán lipidfej-csoport régiójában. Az eubaktériumokban és kloroplasztokban található C9-c15-ből ismert, nagyobb szerkezetű gyűrűk vagy egy lizin vagy egy argininmaradvány azonos helyzetben maradnak. A számítógépes szimulációk a hidratált membránok tartalmazó trimethylated vagy unmethylated szarvasmarha-c8-gyűrűk, valamint bakteriális c10 – vagy c11-gyűrűk, a fej-csoportok cardiolipin molekulák lett kapcsolódó szelektíven ezekkel a módosított, valamint a változatlan lizin maradványok, valamint a szomszédos polar aminosavak, illetve a második kézirattár lizin a szemközti oldalon a membrán, mivel phosphatidyl lipidek vonzotta kicsit, hogy ezek a helyek .

ábra a cardiolipin trimetilált C8-gyűrűkhöz való kötődésének módjai. A c-alegységek n-és C-terminális α-hélixei sötét, illetve világosszürke színűek. A Cardiolipin molekulák zöldek, rózsaszín foszfátcsoportokkal. Nagy színes gömbök képviselik a durva szemcsés gyöngyöket a specifikus aminosavak számára, amint azt jeleztük, a cardiolipin foszfátgyöngyeitől 0,7 nm-en belül. A és B rész, a cardiolipin fej-csoport régiója a membrán belső szórólapjában két szomszédos c-alegységhez (8.és 1. alegység), valamint egy C-alegységhez; C rész, egy cardiolipin molekula a membrán külső szórólapjában, egyetlen c-alegységhez kötve.

a gyűrűvel rendelkező cardiolipin molekulák tartózkodási ideje azonban rövid volt, és elegendő ahhoz, hogy a rotor az aktív enzimben csak egy fok töredékét fordítsa el. A demetilált C8 – gyűrűvel, valamint a c10-és c11-gyűrűkkel a kötött cardiolipin molekulák sűrűsége ezen a helyen nőtt, de a tartózkodási idő nem változott jelentősen. Ezek nagyon konkrét, de rövid kölcsönhatások a forgó c-gyűrű összhangban vannak funkcionális szerepet cardiolipin a stabilizáló valamint a kenőolaj-a rotor, illetve kölcsönhatásban áll az enzim a belépési, illetve kilépési a transzmembrán proton csatorna, a részvétel a proton transzlokáció át a membrán domain az enzim.