회전에 의해 구동 ATP 가수분해

가수분해 회전하는 사이클로 구성된 세 120o 단계에서 촉매 F1 도메인 효소의 정의된 생물물리학에서 회전하여 실험을”촉매 거”. 각 120o 단계로 나뉘어 하위 단계에 의해 정의된 촉매 거 후 각 120o 단계와 중간”ATP binding”에 거하 30o 그리고”인산염 릴리스”에 거하 95o. 인산염의 방출은 효소가 120o 단계를 완료하고 ATP 결합 드웰에 도착할 수있게한다. 우리가 기술의 구조 F1-촉매의 도메인에 인산염 릴리스와 촉매 거주하고 있음는 35o 회전 하위 단계 사이에 인산염 릴리스와 촉매 거에 따라 달라집의 방출 인산에서”ATP binding”거하는 다음 수 있는 효소를 진행하”촉매 거하”. 촉매 드웰 자체는 결합 된 ATP 분자가 가수 분해를위한 태세가되는 전이를 나타낸다. 우리의 현재 노력은 뇌증 F1-ATPase 에서 촉매 거를 정의하는 데 중점을두고 있습니다.

영화의 생성 30o 회전 γ-소 단위에서 뇌 F1ATPase 릴리스의 인산에서 ßE-위. 영화는 리본 표현에서 f1-ThioP 의 측면에서보기로 시작,오렌지 구체로 바운드 thiophosphate 와. Α-및 β-서브 유닛은 각각 적색과 황색이다. 이어서,aTP-,aDP-,ßTP-및 ßDP-서브 유닛은 aEßE-이량 체 및 중앙 줄기 서브 유닛 γ,δ 및 ε(각각 청색,마젠타 및 녹색)를 떠나 순차적으로 제거된다. 이 잔류 서브 컴플렉스는 y 축 주위를 100°정도 오른쪽으로 돌려서 aE-subunit 과 중앙 스토킹의 측면 뷰를 노출시킵니다. 이어서,δ-및 γ-서브 유닛 및 잔기 γ-42-210 이 제거되고,γe-서브 유닛이 더 희미해진다. 에서 최종 프레임,bound 인산염은 발표와 aE-소 단위 열리고에서 멀리 움직이 γ-소 단위,방해 포장 간의 상호 작용 aE-and γ subunits. 이러한 상호 작용을 재 확립하기 위해 γ-서브 유닛은 30°회전합니다. 최종 상태의 구조는 f1-I3-ThioP 에서 발견되는 소 F1-ATPase 의 인산 후 방출 상태이다.

회전에 의해 구동 pmf

키를 누락된 데이터에 대한 이해의 발생에서 회전 pmf 는 상세한 구조에서의 원자 수준의 통로 양성을 막을 통해서 도메인의 효소입니다. 현재까지 이용 가능한 가장 좋은 구조는 Paracoccus denitrificans 의 효소 복합체의 X 선 결정학에 의해 2015 년에 4Å 해상도로 결정한 것입니다. 다른 것들은 2015 년과 2016 년에 소와 곰팡이 효소의 단일 입자의 cryo-electron microscopy 에 의해 기껏해야 6Å 해상도로 결정되었습니다. 그러나,이러한 모델의 모든 부족하는 데 필요한 세부 사항에 대한 제형의 분자의 메커니즘 세대의 교체에서 양성자 동기 힘,그리고이기 때문에,효소의 운동성 및 유연성,단일한 입자의 효소를 채택할 수 있는 다양한 위치. 따라서 cryo-em 접근법에 대해 비정상적으로 어려운 문제를 제시합니다.

P.angusta 에서 f-ATPase 의 막 도메인을 그림. A-D 에서 a-서브 유닛은 옥수수 꽃 블루입니다. A 와 B,측면에서 고체 표현의 뷰,및 막 도메인 아래. 이 c10 링은 그레이,b-소 단위(상단 부분하지 않음)은 핑크,그리고 연한 노란색,붉은 벽돌,가벼운 청록색과 베이지 색 세그먼트는 막 횡단 α-나선,Ch1-Ch4 에 할당된 소 단위 f,ATP8,aH1 및 bH1,각각합니다. C-링,I-IV 을 나타내 four transmembrane C-terminal α-나선과의 접촉에서 소 단위니다. C 및 D,전망할 수 있는 소 단위에서 솔리드 및 만화 표현에서 본부에서 찾아와의 인터페이스 c-반지,각각 aH1 창백한 시안입니다. 보존 된 극성 잔기는 황색이며,병리학과 관련된 인간 돌연변이의 위치는 적색이다(표 S1 참조). 분홍색 구는 양성자 전좌에 필수적인 aH5 에서 보존 된 Arg-179 를 나타냅니다. 아래쪽 화살표는 c-고리의 c-말단 α-helix-II 에서 Glu-59 로 이동하는 양성자에 대한 입구 경로를 나타냅니다. 그들은 위 화살표로 표시된 출구 통로로 들어가는 Arg-179 에 도착할 때까지 위에서 볼 때 반 시계 방향으로 회전하여 링 주위를 운반합니다.

세균성 ATP 합성효소의 구조

그림 세균성 ATP 합성효소. (A)X 선 결정학에 의한 2.6Å 분해능에서 Caldalkalibacillus thermarum 으로부터의 F1-ATPase;(B)X 선 결정학에 의한 4Å 분해능에서 Paracoccus denitrificans 로부터의 ATP 합성 효소;(C)cryo-EM 에 의한 7Å 분해능에서 Escherichia coli 로부터의 ATP 합성 효소.

상대적인 다양한 연구 결과는 우리가 수행에 미토콘드리아,효소의 구조를 세균 ATP synthases 되었 작은 조사를 제외하고,구조물의 F1 촉매의 도메인에서 효소 대장균 Geobacillus stearothermophilus(이전 균 stearothermophilus)3.2 3.9Å 해상도 각각의 구조는 c-반지에서 자신의 막 도메인에서 다양한 종합니다. 을 채우기 위해서 이 누락,지금까지 우리가 기고한 구조의 전체 효소에서 Paracoccus denitrificans4Å 해상도,그리고,교수와 협력 G.M. 요리와 동료들에 Dunedin,뉴질랜드,구조물의 F1 촉매의 도메인 ATP synthases 에서 Caldalkalibacillus thermarum,Fusobacterium nucleatum 및 진 smegmatis. C.thermarum 은 thermoalkaliphile 이며,2.6Å 분해능에서의 촉매 도메인의 구조는 아직 결정되지 않은 박테리아 F1-ATPase 의 가장 정확한 구조이다. M 의 효소. smegmatis 는 m.tuberculosis 의 효소와 밀접한 관련이 있습니다. 그 촉매 도메인의 구조는 4Å 분해능으로 결정되었으며 새로운 항결핵제 개발을위한 표적을 제공한다. 기회 치 병원체,Fusobacterium nucleatum,이와 관련된 다양한 범위의 질병을 포함하여 구두에 감염,사전 임신한 결과,위장병,동맥 경화. 또한,연결되었으로 개발과 진행의 대장암 억제를 통해의 반대로-종양 면역 신호 전달 경로와 승진 이후의 chemoresistance. 그것은 의무 anaerobe 고 부부는 무료 에너지의 카르복시 이탈의 glutaconyl-CoA 을 crotonyl-CoA 의 수송 Na+이온을 통해 세포의 세포막을 생성하는 나트륨이온 동기 힘(smf). ATP synthase 는 smf 를 사용하여 이화 작용 및 단백 동화 반응에 필요한 ATP 의 합성을 유도합니다. 그것의 f1 촉매 도메인의 구조는 3.6Å 분해능으로 결정되었다. Cryo 를 사용하여-그들의 지도를 그대로 ATP synthase 의 대장균이 발표되었을 보여주는 ε-소 단위에서”최대”위치(아래 참조),및 최근의 구조 ATP synthase 에서 Geobacillus stearothermophilus 이 결정되었 3Å.

기생충 ATP synthases 의 구조

그림 Trypanosoma brucei 의 F1-ATPase. Α-,β-,γ-,δ-,γ-및 p18 서브 유닛은 각각 적색,황색,청색,녹색,마젠타 및 시안이다. (A 및 B)측면 및 상단 뷰의 만화 표현;(C-E)(C),소 F1-ATPase,(D),T 의 표면 표현. p18 를 가진 회색에 있는 brucei 효소는 제거되고 둔감한 효소에 추가 아미노산을 보여주는 착색한 단면도,및(E),p18 를 가진 T.brucei 효소는 선물합니다.

의 구조 및 기능의 구성 요소의 ATP synthases,특히 하위 단위에 직접 참여 촉매의 형성 ATP,넓게 보존된 metazoans,곰팡이,eubacteria 및 식물의 엽록체. 32 에서지도에 기초하여.5Å 해상도 결정에서 현장의 미토콘드리아에서 euglenozoan 기생충 Trypanosoma brucei,전자 cryo-단층 촬영,그것이 제안되고 있는 ATP synthase 이 종에서는 비정규과 구조를 다른 사이트 촉매,어디 catalytically 필수 아르기닌 손가락이 제공되지 않을 통해 α-소 단위에 인접한 촉매 뉴클레오티드 바인딩 사이트,모든 종사하는 날짜 있지만,단백질에 의해 호출 p18 에서만 발견 euglenozoa. 체코의 České Budějovice 의 Parasitology Institute 의 Drs Alena Zíková 와 Ondřej Gahura 와 공동으로 우리는 T.brucei 의 F1-ATPase 를 특성화하고 3.2Å 해상도에서 효소의 결정 구조를 결정했습니다. 이 구조는이 ATP 합성 효소의 촉매 도메인이 비 정식 구조와 다른 촉매 부위를 가지고 있다는 제안이 잘못되었음을 보여줍니다. 많은면에서 T.brucei F1-ATPase 의 구조는 이전에 결정된 F1-Atpase 의 구조와 밀접하게 유사합니다. 이 α3β3-둥근 부분의 촉매 도메인 세 촉매 사이트는 물론,중앙 스토킹,고도로 보존,그리고 아르기닌가 제공하는 전통적으로 의 α-subunits 에 인접한 세 개의 각 촉매 사이트에서 찾을 β-subunits. 따라서,효소는 통상적 인 촉매 메커니즘을 갖는다. 구조가 다르다에서 이전의 것들을 p18-소 단위에 식별에서만 euglenozoa,과 관련된 외부 표면의 각각의 세 α-subunits,함으로써 구체화 F1 도메인입니다. Subunit p18 은 3 개의 PPRs 를 갖는 pentatricopeptide repeat(PPR)단백질이며 효소의 촉매 메커니즘에 기능이없는 것으로 보인다. T.brucei 원인이 되는 에이전트 수면의 질병에서 인간과 관련된 질병 국내에서 동물을 사하라 사막 이남의 아프리카에서,그리고 구조의 F1-ATPases 제공하는 대상에 대한 개발의 새로운 약물 치료를 위한 질병입니다.

cardiolipin 의 역할

음이온 지질 cardiolipin 는 활동적인 ATP synthases 의 근본적인 성분입니다. Metazoans 에서,그들의 회 전자는 각각 N-및 C-말단 α-나선의 내부 및 외부 원으로 구성된 8 개의 c-서브 유닛의 링을 포함한다. C-말단 α-나선의 시작은 막의 지질 헤드-그룹 영역에서 엄격하게 보존되고 완전히 트리메틸 화 된 라이신 잔기를 포함한다. Eubacteria 및 엽록체의 c9-c15 에서 알려진 구조의 더 큰 고리는 동등한 위치에서 라이신 또는 아르기닌 잔기를 보존합니다. 에 컴퓨터 시뮬레이션의 수분 막을 포함하는 trimethylated 또는 unmethylated 소 c8-링,세균 c10-나 c11-링,머리-그룹의 cardiolipin 분자 관련되었으로 선택적으로 이러한 변경 및 수정하지 않은 lysine 잔과 함께 인접한 극성 아미노산으며,두 번째 보존 lysine 의 반대편에 막는 반면,포스파티딜 지질었 작은 이러한 사이트입니다.

트리메틸화 된 c8-고리에 카디오 리핀의 결합의 그림 모드. C-서브 유닛의 n-및 C-말단 α-나선은 각각 어둡고 밝은 회색이다. 카디오 리핀 분자는 녹색이며 분홍색 인산염 그룹이 있습니다. 큰 컬러 분야를 나타내 거친 곡물 구슬은 특정 아미노산된 것과 같이,거짓말,이내에 0.7nm 의 인산염의 비즈 cardiolipin. 파트 A 및 B,머리-그룹이 지역의 cardiolipin 내부에서 전단지의 막 바인딩은 각각하는 인접한 두 c-subunits(subunits8 1)하고,하나의 c-소 단위;부 C,cardiolipin 분자에서 외부 전단지의 막는 바인딩을 하나의 c-위.

그러나 레지던스의 cardiolipin 분자진 반지들 간단하고,충분한 회전을 차례의 일부만 정도에서는 활성 효소입니다. 탈 메틸화 된 c8-고리와 c10-및 c11-고리와 함께,이 부위에서 결합 된 카디오 리핀 분자의 밀도는 증가했지만 체류 시간은 크게 변하지 않았다. 이러한 고도의 특정 그러나 짧은 상호 작용과 함께 자전 c-반지와 일치 하는 기능에 대한 역할 cardiolipin 에서의 안정화 및 윤활 회전,그리고,상호 작용하여 효소와에서 입구 및 출구의 transmembrane 양성자를 채널에서 참여 양성자 전 막을 통해서 도메인의 효소입니다.

영화 시뮬레이션의 상호 작용의 cardiolipin 기본 소 c8-ring. 단백질 등뼈는 다음과 같 밝은 회색과 사이드 체인의 Lys-43(빨간색),Gln-44(노란색),Gln-45(파란색)및 Ser-48(시안)으로 표시해야 합니다. Cardiolipin 분자가 녹색으로 표시 스틱으로,인산염으로 분홍색 분야;POPC 및 분자 교황은 다음과 같으로 어두운 회색 막대기와 인산염으로 어두운 회색 분야입니다.