معلومة

ما هي السرعة التي يدور بها الدوار في سينسيز ATP؟

ما هي السرعة التي يدور بها الدوار في سينسيز ATP؟


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.

أنا متأكد من أن التردد الدقيق يختلف ، ولكن هل يعرف أي شخص تقريبًا عدد الدورات في الدقيقة / الثانية التي يقوم بها الجزء المركزي الدوار؟


وفقًا لـ "قرار الخطوات الفرعية الدورانية المتميزة عن طريق التحليل الحركي دون ملي ثانية لقاعدة F1-ATPase" (Yasuda وآخرون., طبيعة سجية، 2001) ، يدور ATPase بمعدل 130 دورة في الثانية عند تشبعه بـ ATP.


تخضع معدلات الدوران بتركيزات ATP المختلفة للمنحنى المحدد بواسطة K · m من -30 ميكرومتر و a V بحد أقصى ≈350 دورة في الثانية (21000 دورة في الدقيقة) عند 37 درجة مئوية.

قد تتنبأ بعض القيم المبلغ عنها لأنشطة ATPase العالية جدًا بالدورات السريعة مثل الميتوكوندريا البقري F1 (≈310 rps) (37) ، الخميرة F1 (≈280 rps) (38) ، E. coli FoF1 (≈300 rps) (39) . تم الإبلاغ أيضًا عن أنشطة ATPase منخفضة جدًا تقابل 10 100 rps في العديد من الأوراق. ومع ذلك ، إذا كان جزء كبير من الجزيئات في المحلول السائب في الحالة المثبطة لـ ADP-Mg أو حالات أخرى غير نشطة ، كما في حالة FoF1 المحبة للحرارة ، يجب أن يكون نشاط ATPase الحقيقي المحدد للأنزيمات العاملة أعلى ، ومعدلات الدوران يمكن أن يكون أسرع بكثير. من المثير للاهتمام معرفة ما إذا كانت هذه الدورات السريعة تحدث بالفعل في الخلايا الحية.

وهذه مقتطفات من:

أوينو ، هـ ، سوزوكي ، ت. ، كينوسيتا ، ك. ، ويوشيدا ، إم (2005). دوران متدرج يحركه ATP من سينسيز FoF1-ATP. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم ، 102 (5) ، 1333-1338. .


سينثيز ATP في التمثيل الضوئي

سينسيز ATP هو الغشاء مجمع الانزيم، والذي يحفز توليد ATP من خلال تكثيف ADP بالإضافة إلى Pi. دورها الأساسي هو إنتاج طاقة عالية ATP مركب. يبرز سينسيز ATP تشكيل ATP في وقت التمثيل الضوئي للضوء.

يعتمد عملها على التدرج اللوني البروتوني الذي تم إنشاؤه في تجويف الثايلاكويد، والذي يساعد جزيئات البروتون أسفل غشاء الثايلاكويد للخلية النباتية في سدى البلاستيدات الخضراء. تتزاوج عملية تخليق ATP أثناء التنفس الخلوي في وقت واحد مع التدرج الكهروكيميائي الناتج عن الاختلاف في تركيز البروتون (H +).

سينسيز ATP بدائية النواة يقتصر فقط على غشاء بلازمي، بينما تقتصر تركيبات ATP حقيقية النواة على عضيات الخلية الداخلية (مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء). في هذه المقالة ، سنركز بشكل أساسي على الهيكل والدور الفردي للمكونات الهيكلية وآلية سينسيز ATP.

المحتوى: ATP Synthase في التمثيل الضوئي


Boyer ، P. D. سينثاس ATP - آلة جزيئية رائعة. Annu. القس Biochem. 66, 717–749 (1997).التحفيز الدوراني لـ Boyer ونموذج تغيير الارتباط البديل تمت مراجعتها بإيجاز.

ميتشل ، بي. اقتران الفسفرة بنقل الإلكترون والهيدروجين بواسطة آلية من النوع التناقضي الكيميائي. طبيعة سجية 191, 144–148 (1961).قدمت هذه الورقة مفهومًا جديدًا لنظرية التناضح الكيميائي في مجال الطاقة الحيوية.

Kanazawa، H.، Kayano، T.، Mabuchi، K. & amp Futai، M. الإشريكية القولونية. بيوتشيم. بيوفيز. الدقة. كومون. 103, 604–612 (1981).

ووكر ، J. E. ، Fearnley ، I. M. ، Gay ، N.J. ، Gibson ، B. W. & amp Tybulewicz ، V.L J. جيه مول. بيول. 184, 677–701 (1985).

هدسون ، جي إس وآخرون. تجمع جيني في جينومات السبانخ والبازلاء الخضراء يشفر CF1 واحدًا وثلاث وحدات فرعية CFo من مركب سينسيز H + -ATP وبروتين الريبوسوم S2. جيه مول. بيول. 196, 283–298 (1987).

Abrahams، J. P.، Leslie، A.G، Lutter، R. & amp Walker، J.E Structure at 2. 8 Å of F1-ATPase من ميتوكوندريا قلب البقر. طبيعة سجية 370, 621–628 (1994).أظهر عرض التركيب الجزيئي للجزء الرئيسي من الإنزيم بقوة دوران الوحدة الفرعية المركزية المحاطة بأسطوانة α 3 β 3 -الوحدات الفرعية.

Noji ، H. ، Yasuda ، R. ، Yoshida ، M. & amp Kinosita ، K.J. المراقبة المباشرة لدوران F1-ATPase. طبيعة سجية 386, 299–302 (1997).العرض المباشر اللافت للنظر لدوران الوحدة الفرعية γ.

تسونودا ، إس بي وآخرون. ملاحظات الدوران داخل سينسيز FoF1-ATP: الاختيار بين دوران Foج حلقة الوحدة الفرعية والقطعة الأثرية. FEBS ليت. 470, 244–248 (2000).

Menz، R. I.، Walker، J. E. & amp Leslie، A.GW. التركيب البلوري للميتوكوندريا البقري F1-ATPase مع النوكليوتيدات المرتبطة بجميع المواقع الحفزية الثلاثة: الآثار المترتبة على آلية التحفيز الدوراني. زنزانة 106, 331-341 (2001).أدت ثلاثة نيوكليوتيدات أدينين مرتبطة في المواقع التحفيزية والوحدة الفرعية الملتوية قليلاً إلى اقتراح بنية وسيطة أثناء التحفيز. | صفحة المحتويات |

Yasuda، R.، Noji، H.، Kinosita، K.J & amp Yoshida، M. F1-ATPase هو محرك جزيئي عالي الكفاءة يدور بخطوات منفصلة 120 درجة. زنزانة 93, 1117–1124 (1998).

سونغ ، ر.ك.وآخرون. تشغيل جهاز نانوي غير عضوي بمحرك جزيئي حيوي. علم 290, 1555–1558 (2000).

Oster، G. & amp Wang، H. لماذا كفاءة قاعدة F1 ATPase عالية جدًا؟ J. بيوينيرج. بيوميمبر. 32, 459–469 (2000).

Yasuda، R.، Noji، H.، Yoshida، M.، Kinosita، K.J & amp Itoh، H. تحليل الخطوات الفرعية الدورانية المتميزة عن طريق التحليل الحركي دون ملي ثانية لقاعدة F1-ATPase. طبيعة سجية 410, 898–904 (2001).يتم تقسيم دوران 120 درجة إلى مزيد من الخطوات الفرعية بزاوية 90 درجة و 30 درجة. يؤدي ارتباط ATP إلى إطلاق الأول وإصدار ADP · P أنا يقوم بالخطوة الفرعية الأخيرة.

ياغي ، هـ وآخرون. تغييرات التشكل الوظيفي في الوحدة الفرعية F1-ATPase التي تم فحصها بواسطة 12 من وحدات التيروزين البنائية. بيوفيز. ج. 77, 2175–2183 (1999).

Tsunoda، S. P.، Muneyuki، E.، Amano، T.، Yoshida، M. & amp Noji، H. J. بيول. تشيم. 274, 5701–5706 (1999).

Ren ، H. ، Dou ، C. ، Stelzer ، M. S. & amp Allison ، W. S. أكسدة المركب الفرعي α3 (βD311C / R333C) 3γ من المحبة للحرارة عصية يشير PS3 F1-ATPase إلى أنه يمكن فقط وجود وحدتين فرعيتين في التشكل المغلق في وقت واحد. J. بيول. تشيم. 274, 31366–31372 (1999).

Kayalar، C.، Rosing، J.AN & amp Boyer، P. D. تسلسل موقع متناوب للفسفرة التأكسدية يُقترح عن طريق قياس أنماط ربط الركيزة ومثبطات تفاعل التبادل. J. بيول. تشيم. 252, 2486–2491 (1977).

Gresser، M. J.، Myers، J.A & amp Boyer، P. D. الموقع التحفيزي التعاوني لميتوكوندريا قلب البقر F1 أدينوسين ثلاثي الفوسفاتيز. الارتباطات بين قياسات السرعة الأولية والمتوسط ​​المرتبط وقياسات تبادل الأكسجين مع نموذج ثلاثي المواقع بالتناوب. J. بيول. تشيم. 257, 12030–12038 (1982).

Weber، J.، Wilke-Mounts، S.، Lee، R. S.F، Grell، E. & amp Senior، A.E. الإشريكية القولونية يوفر F1-ATPase مسبارًا مباشرًا لربط النوكليوتيدات: يحدث التحلل المائي الأقصى لـ ATP مع ثلاثة مواقع مشغولة. J. بيول. تشيم. 268, 20126–20133 (1993).

Ren، H. & amp Allison، W. S. حول ما يجعل الوحدة الفرعية γ تدور أثناء التحلل المائي لـ ATP بواسطة F1. بيوكيم. بيوفيز. اكتا 1458, 221–233 (2000).

Hackney، D. D.، Rosen، G. & amp Boyer، P. D. تفاعل الوحدة الفرعية أثناء التحفيز: تعاون الموقع المتناوب في الفسفرة الضوئية الذي يظهر من خلال تعديل الركيزة لتشكيل أنواع ATP [18 O]. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 76, 3646–3650 (1979).

Hackney، D. D. & amp Boyer، P. D. تفاعل الوحدة الفرعية أثناء التحفيز. الآثار المترتبة على الاعتماد على تركيز تبادلات الأكسجين المصاحبة للفسفرة المؤكسدة من أجل تعاون الموقع المتناوب. J. بيول. تشيم. 253, 3164–3170 (1978).

Zhou ، Y. ، Duncan ، T.M & amp Cross ، R. L. دوران الوحدة الفرعية في الإشريكية القولونية سينسيز FoF1-ATP أثناء الفسفرة المؤكسدة. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 94, 10583–10587 (1997).

Stock، D.، Leslie، A.G W. & amp Walker، J. E. الهندسة المعمارية الجزيئية للمحرك الدوار في سينسيز ATP. علم 286, 1700–1705 (1999).

سامبونجي ، واي وآخرون. الدوران الميكانيكي للقليل من الوحدة الفرعية c في سينسيز ATP (FoF1): المراقبة المباشرة. علم 286, 1722–1724 (1999).

Pänke ، O. ، Gumbiowski ، K. ، Junge ، W. & amp Engelbrecht ، S. F-ATPase: ملاحظة محددة لأوليجومير الوحدة الفرعية c الدوارة لـ EFoEF1. FEBS ليت. 472, 34–38 (2000).

Tsunoda، S. P.، Aggeler، R.، Yoshida، M. & amp Capaldi، R.A. دوران أوليغومر الوحدة الفرعية c في سينسيز F1Fo ATP يعمل بكامل طاقته. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 98, 898–902 (2001).

Hutcheon، M. L.، Duncan، T. M.، Ngai، H. & amp Cross، R. L. الإشريكية القولونية سينسيز ATP. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 98, 8519–8524 (2001).

Rastogi، V.K & amp Girvin، M.K. التغيرات الهيكلية المرتبطة بنقل البروتون بواسطة الوحدة الفرعية c من سينسيز ATP. طبيعة سجية 402, 263–268 (1999).

سيلرت ، هـ وآخرون. علم الأحياء الإنشائي. توربينات تعمل بالبروتون لمحرك المصنع. طبيعة سجية 405, 418–419 (2000).

ستالبيرج ، هـ وآخرون. يحتوي سينسيز Na + -ATP البكتيري على دوار غير قياسي. ممثل EMBO. 2, 229–233 (2001).

Jiang ، W. ، Hermolin ، J. & amp Fillingame ، R.H. القياس المتكافئ المفضل للوحدات الفرعية c في قطاع المحرك الدوار لـ الإشريكية القولونية سينسيز ATP هو 10. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 98, 4966–4971 (2001).

Schemidt ، R. A. ، Qu ، J. ، Williams ، J.R & amp Brusilow ، W. S. تأثيرات مصدر الكربون على التعبير عن جينات Fo وعلى قياس العناصر المتكافئة للوحدة الفرعية c في قاعدة F1Fo ATPase من الإشريكية القولونية. J. باكتيريول. 180, 3205–3208 (1998).

Sorgen ، P. L. ، Bubb ، M. R. & amp Cain ، B. D. إطالة الساق الثانية لـ F1Fo ATP synthase في الإشريكية القولونية. J. بيول. تشيم. 274, 36261–36266 (1999).

Elston ، T. ، Wang ، H. & amp Oster ، G. تحويل الطاقة في سينسيز ATP. طبيعة سجية 391, 510–513 (1998).

Dimroth ، P. ، Wang ، H. ، Grabe ، M. & amp Oster ، G. تحويل الطاقة في sodium F-ATPase of Propionigenium متواضع. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 96, 4924–4929 (1999).

روبرت ، سي وآخرون. البروتين الشحمي من سينسيز A1A0 ATP من Methanococcus jannaschii لديه ستة حلزونات عبر الغشاء متوقعة ولكن مجموعتين فقط من الكربوكسيل ينقلان البروتون. J. بيول. تشيم. 274, 25281–25284 (1999).

Aufurth ، S. ، Schagger ، H. & amp Muller ، V. تحديد الوحدات الفرعية a و b و c1 من Acetobacterium woodii Na + -F1Fo-ATPase. الوحدات الفرعية c1 و c2 و c3 تشكل أوليغومر c مختلط. J. بيول. تشيم. 275, 33297–33301 (2000).

Junge ، W. ، Lill ، H. & amp Engelbrecht ، S. ATP synthase: محول طاقة كهروكيميائي مع ميكانيكا دورانية. اتجاهات Biochem. علوم. 22, 420–423 (1997).

Miller، M. J.، Oldenburg، M. & amp Fillingame، R.H. يمكن نقل مجموعة الكربوكسيل الأساسية في الوحدة الفرعية c من سينسيز F1Fo ATP والاحتفاظ بوظيفة H + -translocating. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 87, 4900–4904 (1990).

Nalin، C. M. & amp McCarty، R.E. دور رابطة ثاني كبريتيد في الوحدة الفرعية γ في تنشيط ATPase لعامل اقتران البلاستيدات الخضراء 1. J. بيول. تشيم. 259, 7275–7280 (1984).

Werener-Gruene، S.، Gunkel، D.، Schumann، J. & amp Strotmann، H. متزامن 6803 بواسطة الطفرات من atpC. مول. الجنرال جينيه. 244, 144–150 (1994).

Bald ، D. ، Noji ، H. ، Stumpp ، M. T. ، Yoshida ، M. & amp Hisabori ، T. يمكن تنظيم نشاط ATPase لمجمع فرعي α3β3γ شديد الاستقرار من F1 المحبة للحرارة من خلال المنطقة التنظيمية المقدمة للوحدة الفرعية γ من البلاستيدات الخضراء F1. J. بيول. تشيم. 275, 12757–12762 (2000).

Lebowitz، M. S. & amp Pedersen، P. L. مثبط البروتين لمركب ATP للميتوكوندريا: علاقة بنية المثبط بالتنظيم المعتمد على الأس الهيدروجيني. قوس. بيوتشيم. بيوفيز. 330, 342–354 (1996).

Cabezon ، E. ، Arechaga ، I. ، Jonathan ، P. ، Butler ، G. & amp Walker ، J.E Dimerization of bovine F1-ATPase عن طريق ربط بروتين المانع ، IF1. J. بيول. تشيم. 275, 28353–28355 (2000).

Cabezon ، E. ، Butler ، P. J. ، Runswick ، ​​M. J. & amp Walker ، J. E. تعديل حالة oligomerization لبروتين مثبط F1-ATPase البقري ، IF1 ، بواسطة pH. J. بيول. تشيم. 275, 25460–25464 (2000).

Jault ، J.M & amp Allison ، W. S. الارتباط البطيء لـ ATP بمواقع ربط النوكليوتيدات غير التحفيزية التي تسرع التحفيز هو المسؤول عن التعاون السلبي الظاهر الذي يظهره الميتوكوندريا البقري F1-ATPase. J. بيول. تشيم. 268, 1558–1566 (1993).

ماتسوي ، ت. وآخرون. النشاط التحفيزي لمركب α3β3γ لـ F1-ATPase بدون موقع ربط النوكليوتيدات غير التحفيزي. J. بيول. تشيم. 272, 8215–8221 (1997).

مينكوف ، آي بي ، فاسيليفا ، إي إيه ، فيتين ، إيه إف ، أمبير فينوجرادوف ، إيه دي. التأثيرات التفاضلية لـ ADP على ATPase والتأكسد التأكسدي في الجسيمات تحت الميتوكوندريا. بيوتشيم. كثافة العمليات 1, 478–485 (1980).

أصلع ، د. وآخرون. تخليق ATP بواسطة سينسيز FoF1-ATP بشكل مستقل عن مواقع ربط النوكليوتيدات غير التحفيزية وغير حساس لتثبيط الأزيد. J. بيول. تشيم. 273, 865–870 (1998).

Rodgers، A. J. & amp Wilce، M.C. هيكل المركب γ ɛ لمركب ATP synthase. هيكل الطبيعة. بيول. 7, 1051–1054 (2000).

Gibbons ، C. ، Montgomery ، M.G ، Leslie ، A.G & amp Walker ، J.E هيكل القصبة المركزية في الأبقار F1-ATPase بدقة 2.4 Å. هيكل الطبيعة. بيول. 7, 1055–1061 (2000).

Wilkens، S. & amp Capaldi، R. A. هيكل الحل للوحدة ɛ الفرعية لقاعدة F1-ATPase من الإشريكية القولونية وتفاعلات هذه الوحدة الفرعية مع الوحدات الفرعية في المجمع. J. بيول. تشيم. 273, 26645–26651 (1998).

Hara، K. Y.، Kato-Yamada، Y.، Kikuchi، Y.، Hisabori، T. & amp Yoshida، M. دور شكل βDELSEED لانتشار F1 – ATPase للتأثير المثبط للوحدة الفرعية ɛ. J. بيول. تشيم. 276, 23969–23973 (2001). |

Kato-Yamada ، Y. ، Yoshida ، M. & amp Hisabori ، T. حركة المجال الحلزوني للوحدة الفرعية مطلوبة لتنشيط F1-ATPase المحبة للحرارة. J. بيول. تشيم. 275, 35746–35750 (2000).

تسونودا ، إس بي وآخرون. توفر التغييرات التوافقية الكبيرة للوحدة الفرعية ɛ في سينسيز البكتيرية F1Fo ATP إجراء السقاطة لتنظيم إنزيم المحرك الدوار هذا. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 98, 6560–6564 (2001).

Lohse، D. & amp Strotmann، H. التفاعل المرتبط بتنشيط ΔpH المعتمد على البلاستيدات الخضراء H + -ATPase. بيوكيم. بيوفيز. اكتا 976, 94–101 (1989).

Galkin، M.A & amp Vinogradov، A. D. التحول المعتمد على الطاقة للأنشطة التحفيزية للميتوكوندريا سينسيز Fo × F1-ATP. FEBS ليت. 448, 123–126 (1999).

Fischer، S.، Gräber، P. & amp Turina، P. نشاط سينسيز ATP من الإشريكية القولونية يتم تنظيمه بواسطة القوة الدافعة للبروتون عبر الغشاء. J. بيول. تشيم. 275, 30157–30162 (2000).

Kaim، K. & amp Dimroth، P. تخليق ATP بواسطة سينسيز ATP من النوع F يعتمد بشكل إلزامي على جهد الغشاء. EMBO J. 18, 4118–4127 (1999).

بولمان ، إم إي ، بينيفسكي ، إتش إس ، داتا ، إيه آند أمبير راكر ، إي. تحليل جزئي للإنزيمات التي تحفز الفسفرة المؤكسدة. I. تنقية وخصائص أدينوسين ثلاثي الفوسفاتيز القابل للذوبان ، المحفز بالدينيتروفينول. J. بيول. تشيم. 235, 3322–3329 (1960).

Penefsky ، H. S. ، Pullman ، M. E. ، Datta ، A. & amp Racker ، E. الدقة الجزئية للإنزيم الذي يحفز الفسفرة المؤكسدة. II. مشاركة أدينوسين ثلاثي الفوسفاتيز القابل للذوبان في الفسفرة المؤكسدة. J. بيول. تشيم. 235, 3330–3336 (1960).

ميتشل ، مفهوم السلسلة التنفسية P. Keilin وعواقبه كيميائيا. علم 206, 1148–1159 (1979). |

Jagendorf، A. T. & amp Uribe، E. تكوين ATP الناجم عن الانتقال الحمضي القاعدي لصانعات السبانخ الخضراء. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 55, 170–177 (1966).نقطة التحول في نظرية التناضح الكيميائي لميتشل. بعد ذلك ، بدأ الكثير من الناس في اعتبار نظرية التناضح الكيميائي أقوى فرضية للتأكسد والفسفرة الضوئية.

Kagawa، Y. & amp Racker، E. الدقة الجزئية للإنزيم الذي يحفز الفسفرة التأكسدية. الخامس والعشرون. إعادة تكوين الحويصلات تحفيز 32 تبادل ثلاثي فوسفات الأدينوزين. J. بيول. تشيم. 246, 5477–5487 (1971).الدليل الأكثر إقناعًا لنظرية التناضح الكيميائي. كان لطريقة إعادة تكوين بروتينات الغشاء الموصوفة هنا تأثير عميق على مجال الكيمياء الحيوية للغشاء.

Sone، N.، Yoshida، M.، Hirata، H. & amp Kagawa، Y. Adenosine triphosphate synthesis بواسطة التدرج الكهروكيميائي للبروتون في الحويصلات المعاد تكوينها من الأدينوزين ثلاثي الفوسفاتيز المنقى والفوسفوليبيدات من البكتيريا المحبة للحرارة. J. بيول. تشيم. 252, 2956–2960 (1977).

Boyer ، P. D. الطاقة والحياة و ATP. انجيو. تشيم. كثافة العمليات إد. 37, 2296–2307 (1998).

Grubmeyer ، C. ، Cross ، R. L. & amp Penefsky ، H. S. آلية التحلل المائي لـ ATP بواسطة ATPase الميتوكوندريا لقلب البقر. قيم الثوابت للخطوات الأولية في التحفيز في موقع واحد. J. بيول. تشيم. 257, 12092–12100 (1982).

ووكر ، ج. تخليق ATP بواسطة الحفز الدوراني، 208-234 (مؤسسة نوبل ، ستوكهولم ، 1997).

Duncan، T. M.، Bulygin، V. V.، Zhou، Y.، Hutcheon، M.L & amp Cross، R.L. دوران الوحدات الفرعية أثناء التحفيز بواسطة الإشريكية القولونية F1-ATPase. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 92, 10964–10968 (1995).

إيواتا ، إس وآخرون. الهيكل الكامل للسيتوكروم البقري المكون من 11 وحدة فرعية قبل الميلاد1 مجمع. علم 281, 64–71 (1998).

تسوكيهارا ، ت. وآخرون. هياكل المواقع المعدنية من سيتوكروم قلب البقر المؤكسد ج أوكسيديز عند 2.8 Å. علم 269, 1069–1074 (1995).

Jagendorf، A. T. & amp Smith، M. فك اقتران الفسفرة في البلاستيدات الخضراء في السبانخ بغياب الكاتيونات. نبات فيزيول. 37, 135–141 (1962).

Fessenden، J.M & amp Racker، E. الدقة الجزئية للإنزيم الذي يحفز الفسفرة المؤكسدة. الحادي عشر. تحفيز الفسفرة المؤكسدة بواسطة عوامل الاقتران وتثبيط أوليغوميسين بواسطة جسم مضاد ضد عامل الاقتران 1. J. بيول. تشيم. 241, 2483–2489 (1966).

أداتشي ، ك وآخرون. تصور تناوب F1-ATPase من خلال التصوير أحادي الفلور الذي يتم حله بزاوية. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 97, 7243–7247 (2000).

Uhlin ، U. ، Cox ، G.B & amp Guss ، J.M. التركيب البلوري للوحدة الفرعية ɛ من سينسيز ATP الذي ينقل البروتون من الإشريكية القولونية. بنية 5, 1219–1230 (1997).


سينثيز ATP: محرك جزيئي

سينثيز ATP عبارة عن مركب جزيئي ضخم (500000 دالتون) مضمن في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. وتتمثل وظيفتها في تحويل طاقة البروتونات (H +) التي تتحرك أسفل تدرج تركيزها إلى تخليق ATP. 3 إلى 4 بروتونات تتحرك عبر هذا الجهاز كافية لتحويل جزيء من ADP و Pأنا (فوسفات غير عضوي) في جزيء ATP. يمكن لمركب سينسيز ATP أن يولد & gt100 جزيء من ATP كل ثانية.

يمكن فصل سينسيز ATP إلى جزأين:

  • Fا - الجزء المضمن في غشاء الميتوكوندريا الداخلي و
  • F1-ATPase & [مدش] الجزء المسقط في مصفوفة الميتوكوندريا.

عندما يكون F1- يتم عزل ATPase في المختبر ، فهو يحفز التحلل المائي لـ ATP إلى ADP و Pأنا (وهذا هو سبب تسميته بـ F1-ATPase). أثناء قيامه بذلك ، الجزء المركزي من Fا المرفقة بالساق تدور بسرعة في اتجاه عكس اتجاه عقارب الساعة (كما هو موضح أعلاه).

في الميتوكوندريا السليمة ، تدخل البروتونات التي تراكمت في الفضاء بين الغشاء في Fا معقدة والخروج منه في المصفوفة. الطاقة التي يتخلون عنها عندما يسافرون أسفل تدرج تركيزهم تدور Fا وساقها (في

6000 دورة في الدقيقة) في اتجاه عقارب الساعة. أثناء قيامه بذلك ، فإنه يحث على تكرار التغييرات التوافقية في بروتينات الرأس التي تمكنهم من تحويل ADP و Pأنا في ATP. (في الشكل ، تم سحب اثنين من الثنائيات الثلاثة التي تشكل بروتينات الرأس جانبًا للكشف عن السيقان المُدخلة في المركز).

  • من التحلل المائي لـ ATP في الحالة المختبرية و
  • تدفق البروتونات إلى أسفل تدرج تركيزها في الميتوكوندريا السليمة

ولكن يمكن صنع هذا الجهاز الرائع للقيام بالعكس ، وتحويل الطاقة الميكانيكية (تحويل المحرك) إلى طاقة كيميائية.

نجحت مجموعة من العلماء اليابانيين المهتمين بالآلات النانوية في ربط حبيبات مغناطيسية بسيقان F1-ATPase معزولة في المختبر.

ثم باستخدام مجال مغناطيسي دوار ، تمكنوا من جعل السيقان تدور. عندما تدور في اتجاه عقارب الساعة ، فإن F.1-ATPase توليفها ATP من ADP و P.أنا في الوسط المحيط و [مدش] بمعدل حوالي 5 جزيئات في الثانية! (عند تدوير السيقان في عكس اتجاه عقارب الساعة ، أو عدم تدويرها على الإطلاق ، تم تحلل ATP في ADP و Pأنا.)

تم الإبلاغ عن إنجازهم في Itoh ، H. ، وآخرون., طبيعة سجية، 29 يناير 2004.


ما هي السرعة التي يدور بها الدوار في سينسيز ATP؟ - مادة الاحياء

تمت كتابة قائمة الأسئلة المتداولة (FAQ) حول سينسيز ATP بافتراض أن القارئ لديه بعض المعرفة الأساسية في الكيمياء الحيوية والإنزيمات والكيمياء الفيزيائية.
هذه ليست مقالة مراجعة أو شيء من هذا النوع لا توجد مراجع أو اعتمادات ، ولا يوجد وصف تفصيلي للتجارب الكامنة وراء كل جزء من المعلومات. إذا كنت مهتمًا بالحصول على التفاصيل ، فقط اكتب لي بريدًا إلكترونيًا (feniouk [at] atpsynthase.info) وسأكون سعيدًا لمناقشة أي من الأسئلة أدناه.
تمت إضافة القراءة الموصى بها لبعض الأقسام تحت "" -توقيع.

قائمة المحتويات

الاسم الصحيح

وفقًا لتسمية إنزيم IUBMB ، يُطلق على الإنزيم "ATP phosphohydrolase (H + -ransporting)". ومع ذلك ، فإن اسم "سينسيز ATP" يعكس الوظيفة الأساسية للإنزيم بشكل أكثر وضوحًا وهو في الوقت الحاضر أكثر انتشارًا.
الاسم الآخر الذي كان شائع الاستخدام في الماضي هو "H + -ATPase "، وأحيانًا يكون أكثر دقة" FاF1 ح + -ATPase ". بعد اكتشاف العديد من الأنواع الأخرى من مضخات البروتون التي تحركها ATP ، أصبحت هذه الأسماء القديمة أقل استخدامًا.
الأسماء الأخرى التي تم استخدامها لـ ATP synthase هي:

الدور الفسيولوجي لمركب ATP

لجعل القصة الطويلة قصيرة ، فإن الوظيفة الأساسية لتخليق ATP في معظم الكائنات الحية هي تخليق ATP. ومن هنا الاسم. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، يكون التفاعل العكسي ، أي ضخ البروتون عبر الغشاء المدعوم بالتحلل المائي ATP ، أكثر أهمية. مثال نموذجي: تنتج البكتيريا اللاهوائية ATP عن طريق التخمير ، ويستخدم سينسيز ATP لتوليد القوة المحركة للبروتون اللازمة لنقل الأيونات وحركة الأسواط.
يمكن أن تعيش العديد من البكتيريا من التخمر والتنفس أو التمثيل الضوئي. في مثل هذه الحالة ، يعمل سينسيز ATP بطريقتين.
تتمثل إحدى القضايا المهمة في التحكم في نشاط ضخ البروتون الذي يحركه ATP في سينسيز ATP من أجل تجنب التحلل المائي لـ ATP المهدر في ظل الظروف التي لا يمكن فيها توليد قوة دافعة للبروتون (مثل الغشاء التالف المتسرب ، وجود المفكك ، إلخ). في مثل هذه الحالة يصبح التحلل المائي لـ ATP مشكلة ، لأنه يمكن أن يستنفد تجمع ATP داخل الخلايا بسرعة. لتجنب هذا الموقف ، تم تجهيز جميع تركيبات ATP بآليات تنظيمية تمنع نشاط ATPase في حالة عدم وجود قوة دافعة للبروتون. درجة تثبيط التحلل المائي ATP تعتمد على الكائن الحي. في النباتات (في البلاستيدات الخضراء) ، حيث يكون من الضروري الحفاظ على تجمع ATP طوال الليل ، يكون التثبيط قويًا للغاية: بالكاد يكون للإنزيم أي نشاط ATPase. في المقابل ، في البكتيريا اللاهوائية حيث ATP synhase هو المولد الرئيسي للقوة الدافعة للبروتون ، فإن هذا التثبيط ضعيف للغاية. سينثاس ATP الميتوكوندريا في مكان ما بين.

الاختلافات بين F- و A- و V- و P- و E-ATPases

  • "F-type ATPase" هو مجرد اسم آخر لحرف ATP synthase "F" يأتي من "ممثل الفسفرة F". توجد F-ATPases في البكتيريا والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. وظيفتها الرئيسية في معظم الحالات هي تخليق ATP على حساب فرق جهد البروتون الكهروكيميائي عبر الغشاء. ومع ذلك ، في بعض البكتيريا ، تنعكس الوظيفة الأساسية للإنزيم: فهو يحلل جزيء ATP لتوليد هذا الاختلاف في الجهد. يمكن أن تعمل ATPases من النوع F في المختبر في كلا الاتجاهين اعتمادًا على الظروف التجريبية.
    تم العثور أيضًا على عدد قليل من قواعد ATPases من النوع Na + البكتيرية.
  • تم العثور على ATPases من النوع A في A rchaea ، ووظيفتها مماثلة لوظيفة سينسيز ATP من النوع F ، ولكنها من الناحية الهيكلية تشبه إلى حد بعيد ATPases من النوع V (انظر أدناه).

F- و A- و V-type ATPases عبارة عن مجمعات متعددة الوحدات ، متشابهة من حيث البنية العامة ، وعلى الأرجح لها نفس الآلية التحفيزية الأساسية. يقران نقل البروتون عبر الغشاء (أو Na + في بعض F-ATPases) ، والذي يتحقق من خلال دوران معقد من الوحدات الفرعية بالنسبة لبقية الإنزيم ، مع التحلل المائي ATP (أو التوليف في A- و F-ATPases).
السمات المشتركة بالنسبة لهم هي: شكل "الفطر" ، المجال التحفيزي المحب للماء سداسي الألف للألف 3 بيتا 3 - اكتب مع وحدة جاما الفرعية بداخلها. لا يشتمل الفعل التحفيزي الذي تؤديه تلك الإنزيمات على وسيط إنزيم فسفري.
يتكون جزء نقل البروتون من تلك الإنزيمات من أوليغومر على شكل حلقة (أوليغومر الوحدة الفرعية c في حالة ATPases من النوع F) ، وتحمل كل وحدة فرعية مجموعة كربوكسيل مهمة للغاية تقريبًا في منتصف الحلزون الغشائي الثاني. تشارك مجموعة الكربوكسيل هذه بشكل مباشر في إزفاء البروتون.

P-type ATPases عبارة عن عائلة مختلفة تمامًا من مضخات ATP التي تعمل بنقل الأيونات. معظمهم أيضًا عبارة عن بروتينات غشائية متعددة الوحدات الفرعية ، واحدة كبيرة f تؤدي كلاً من التحلل المائي لـ ATP وضخ الأيونات. هناك العديد من الفصائل الفرعية المختلفة من ATPases من النوع P ، وعادة ما يتم تصنيفها وفقًا للأيونات التي تنقلها. H + و Na + و K + و Mg 2+ و Ca 2+ و Ag + و Ag 2+ و Zn 2+ و Co 2+ و Pb 2+ و Ni 2+ و Cd 2+ و Cu + و Cu 2+ ضخ P-ATPase موصوفة.
أثناء التحلل المائي لـ ATP بواسطة P-ATPase في مرحلة معينة من الدورة التحفيزية ، يتم نقل الفوسفات إلى إحدى بقايا الإنزيم Asp. لا يوجد دليل (لا هيكلي ولا وظيفي) على التحفيز الدوراني في ATPases من النوع P. الأمثلة النموذجية لهذه الإنزيمات هي غشاء بلازما الخميرة H + ATPase ، K + / Na + غشاء ATPase ، Ca 2+ غشاء ATPase.

1) Pedersen، P. L.، and Carafoli، E. (1987) Ion motive ATPases. 1. الوجود في كل مكان ، والخصائص ، والأهمية لوظيفة الخلية. اتجاهات Biochem. علوم. 4: 146-150.
2) قاعدة بيانات ATPase من النوع P (بواسطة Kristian B. Alexsen ، المعهد السويسري للمعلوماتية الحيوية)
3) Kawasaki-Nishi S ، Nishi T ، Forgac M. (2003) إزفاء البروتون بواسطة التحلل المائي ATP في V-ATPases.
FEBS ليت. 545 (1): 76-85.
4) Perzov N ، Padler-Karavani V ، Nelson H ، Nelson N. (2001) ميزات V-ATPases التي تميزها عن F-ATPases. FEBS ليت. 504 (3): 223-8.

التركيب المعماري والوحدة الفرعية لمركب ATP synthase

سينسيز ATP عبارة عن مركب بروتيني غير متماثل كبير على شكل فطر. يتكون أبسط إنزيم بكتيري (انظر الرسم التوضيحي أدناه) من 8 أنواع من الوحدات الفرعية ، 5 منها تشكل المحفز للماء F.1-قطعة ("غطاء" الفطر). تمت تسمية هذه الوحدات الفرعية بأحرف يونانية (Alpha و Beta و Gamma و Delta و Epsilon) وفقًا لوزنها الجزيئي. ينتقل البروتون Fا يتكون الجزء من وحدات فرعية من 3 أنواع تسمى أ ، ب ، ج.


الجزء الحفاز من سينسيز ATP (F1) بواسطة Alpha 3 بيتا 3 hexamer مع وحدة Gamma الفرعية بداخله و Epsilon مرتبط بجاما. ترتبط دلتا الوحدة الفرعية بـ "الجزء العلوي" من السداسي والوحدات الفرعية ب. قطعة الغشاء الكارهة للماء للوحدة الفرعية ب على اتصال مع الوحدة الفرعية أ. ترتبط الوحدات الفرعية Gamma و Epsilon للمجال التحفيزي بقليل القسيمات الحلقية الشكل للوحدات الفرعية c. يحدث نقل البروتون في واجهة الوحدتين الفرعيتين أ وج.

القياس المتكافئ للوحدات الفرعية هو:

F1
Fا
ألفا
3
أ
1
بيتا
3 ب
2
جاما
1
ج
10-15(?)
دلتا
1


إبسيلون
1


يحتوي كلوروبلاست ATP synthase والإنزيم من بعض بكتيريا التمثيل الضوئي على وحدتين فرعيتين مختلفتين ، على الرغم من تشابههما ، من النوع b في نقل البروتون Fا p ortion ، أي b و b '، نسخة واحدة من كل منهما.
تم العثور على تجانس مرتفع لمعظم الوحدات الفرعية سينزاس ATP من بكتيريا وبلاستيدات خضراء مختلفة.

إنزيم الميتوكوندريا أكثر تعقيدًا من ذلك بكثير ، يتم وصف 17 نوعًا مختلفًا من الوحدات الفرعية في الوقت الحالي. بعض هذه الوحدات الفرعية لها تشابه كبير مع نظيراتها البكتيرية والبلاستيدات الخضراء ، وخاصة الوحدات الفرعية ألفا وبيتا وجاما في F1 الجزء والوحدات الفرعية أ و ج في وا جزء. العديد من الوحدات الفرعية فريدة من نوعها لأنزيم الميتوكوندريا (انظر جدول تسمية الوحدة الفرعية للحصول على التفاصيل). ومع ذلك ، فإن "لب" الإنزيم التحفيزي والبروتون الانتقالي لا يزال متماثلًا إلى حد كبير مع سينسيز ATP البكتيرية والبلاستيدات الخضراء. كما أن الهيكل العام للإنزيم متشابه تمامًا.

تم تحفيز التفاعل

يحفز سينسيز ATP تخليق / التحلل المائي لـ ATP المقترن بنقل البروتون عبر الغشاء. في حالة التوليف ، تأتي مدخلات الطاقة من تدفق البروتون عبر Fا انحدار فرق جهد البروتون الكهروكيميائي عبر الغشاء (). في حالة التحلل المائي ، يعمل الإنزيم كمضخة بروتون يقودها ATP ويولد.
معادلة التفاعل المحفز هي

ADP 3- + P i 2- + nH + P. & lt = & gt ATP 4- + H 2 O + (n-1) H + N (الرقم الهيدروجيني و GT 7.2)

تشير مؤشرا "P" و "N" إلى الجانبين المشحونين بشكل إيجابي و n لغشاء الاقتران.
قيمة الأس الهيدروجيني مهمة: قيمة pK لـ Pi 2- + H + & lt = & gt P أنا - 7.2 ، في حين أن قيم pK المقابلة للفوسفات في ADP و ATP قريبة من 6.9.
هذا يعني أنه في فترة الأس الهيدروجيني من 6.9-7.2 لن يشمل التفاعل السائد محاصرة البروتونات:

ADP 3- + P i - + nH + P. & lt = & gt ATP 4- + H 2 س + ن ح + ن (الرقم الهيدروجيني 6.9-7.2)

ومع ذلك ، تحت الرقم الهيدروجيني = 6.9 ، يكون التفاعل السائد مصحوبًا مرة أخرى بحبس البروتون:

ADP 2- + P i - + nH + P. & lt = & gt ATP 3- + H 2 O + (n-1) H + N (الرقم الهيدروجيني & lt 6.9)

الديناميكا الحرارية لتخليق ATP / التحلل المائي

تقليديا ، يتم وصف الديناميكا الحرارية لتخليق ATP / التحلل المائي لتفاعل التحلل المائي:

ATP 4- + H 2 O & lt = & gt ADP 3- + P i 2- + H + (pH & gt 7.2)

تعطي "الكيمياء الفيزيائية" (P.W. Atkins ، الإصدار الثاني) قيمة -30 kJ mol -1 (-7.16 kcal / mol) عند 37 درجة مئوية كتغيير "بيولوجي" في طاقة جيبس ​​الحرة ( ا &بصير) لرد الفعل هذا. هذا تقدير معقول ، بالنسبة للأرقام من -28 إلى -36 كيلو جول مول -1 يمكن العثور عليها في الأدب ، وأكثرها شيوعًا هو -30.6 كيلو جول مول -1 (-7.3 كيلو كالوري / مول).
تغيير الطاقة القياسي المجاني في جيبس ​​، o ، هو إجمالي كمية الطاقة التي يتم استخدامها أو إطلاقها أثناء تفاعل كيميائي في ظل ظروف قياسية عندما تكون الأنشطة الكيميائية لجميع المواد المتفاعلة مساوية لـ 1. في حالة التفاعلات في المحاليل المائية ، يتم عادةً استبدال الأنشطة بالتركيزات ( أي 1 م) نشاط الماء نفسه يؤخذ على أنه 1. "تغيير بيولوجي" القياسي لطاقة جيبس ​​الحرة ، ا &بصير، هي معلمة مماثلة ، ولكن يتم تحديدها عند الرقم الهيدروجيني 7 ، أي أن تركيز H + ليس 1 M ، ولكن 10 -7 M. إنه أكثر عملية وملاءمة ، لأن معظم التفاعلات البيولوجية تحدث عند درجة الحموضة الفسيولوجية.

هناك نقطة مهمة للغاية ، ويتم تجاهلها أحيانًا ، وهي أن o &بصير ليست كمية الطاقة المتاحة لدفع تفاعلات أخرى ماصة للحرارة في الخلية ، لأن الظروف في الخلية ليست قياسية (انظر التعريف أعلاه). تغير طاقة جيبس ​​الفعلي هو

/> = /> س ' + 2.3 سجل RT [ ج ADP ج ص أناح + / 10-7) / ك ATP ],

حيث C ADP، ج صأنا، C H + و C ATP هي التركيزات الفعلية للمتفاعلات المقابلة ، ص هو ثابت الغاز المولي (8.314 جول مول -1 ك -1) ، و تي هي درجة الحرارة في كلفنز. لتوضيح هذه النقطة ، دعونا ننظر في المثال التالي مع القيم التعسفية القريبة من التركيزات الحقيقية داخل الخلايا:

ج ATP 2 × 10 -3 م -1
ج ADP 2 × 10 -4 م -1
ج ص أنا 10-2 م -1
ج ح + 5 × 10 -8 م -1 (الرقم الهيدروجيني حوالي 7.3)

تغير طاقة جيبس ​​في ظل هذه الظروف (درجة الحرارة 310 درجة كلفن ، أو 37 درجة مئوية) سيكون

/> = /> س ' + 2.3 سجل RT (C. ADP ج ص أنا ج ح + / ج ATP ) = -30 - 19.6 = - 49.6 كيلوجول / مول -1

يعكس هذا الرقم ، المحسوب من التركيزات الفعلية لمكونات التفاعل ، الطاقة المتاحة كقوة دافعة لأي عملية أخرى مقترنة بالتحلل المائي لـ ATP في ظل ظروف معينة.
ويترتب على ذلك أنه يجب توفير نفس 49.6 كيلوجول مول -1 عن طريق نقل البروتون عبر الغشاء أسفل التدرج الكهروكيميائي للحفاظ على نسبة ATP / ADP عالية. إذا افترضنا أنه يتم نقل 3 بروتونات لكل جزيء ATP مركب ، فإن التدرج الكهروكيميائي عبر الغشاء H + التدرج الكهروكيميائي لـ 49.6 / 3 = 16.5 كيلو جول مول -1 (أي القوة الدافعة للبروتون تبلغ 171 مللي فولت) ضروري.

الاستنتاج من المثال أعلاه هو:
الطاقة التي يوفرها التحلل المائي ATP ليست ثابتة (وكذلك الطاقة اللازمة لتركيب ATP). في التقريب الأول ، يعتمد ذلك على تركيزات ADP و ATP و Pأنا وعلى الرقم الهيدروجيني. تزداد هذه الطاقة لوغاريتميًا عند الانخفاض في ADP و Pأنا التركيز وعند زيادة تركيز ATP أو H + (= ينخفض ​​خطيًا مع زيادة الرقم الهيدروجيني). توضح الرسوم البيانية أدناه هذه النقطة ، حيث تُظهر التغيير في /> عند التغيير في تركيز أحد المتفاعلات (المحور x) ، على افتراض أن تركيزات المواد المتفاعلة الأخرى تظل ثابتة عند القيم المستخدمة في المثال أعلاه (تشير النقاط الحمراء إلى / > محسوب في هذا المثال).

لإغلاق هذا القسم ، أود أن أشير إلى أنه على الرغم من أن الديناميكا الحرارية لتخليق ATP الموصوفة هنا قد تبدو معقدة نوعًا ما ، إلا أنها في الواقع أكثر تعقيدًا. كانت إحدى النقاط التي تم تجاهلها هنا هي حالات بروتون ADP و ATP المختلفة (انظر أعلاه) ، والنقطة الأخرى هي أن الركائز الفعلية في التفاعل المحفز بواسطة سينسيز ATP ليست نيوكليوتيدات نقية ، ولكن معقدات المغنيسيوم الخاصة بها. ومع ذلك ، نظرًا لأن تركيز المغنيسيوم في الخلية الحية مرتفع نسبيًا ودرجة الحموضة أعلى من 7.2 ، فإن الوصف المقدم لا يزال قابلاً للتطبيق لتقديرات الديناميكا الحرارية.

القوة الدافعة لتخليق ATP المحفزة بواسطة سينسيز ATP.

يتم تحفيز تخليق ATP بواسطة سينسيز ATP بواسطة فرق جهد البروتون الكهروكيميائي عبر الغشاء ، والذي يتكون من مكونين: المكون الكيميائي والكهربائي. كلما زاد عدد البروتونات على جانب واحد من الغشاء بالنسبة إلى الجانب الآخر ، زادت القوة الدافعة لبروتون لعبور الغشاء. نظرًا لأن البروتون عبارة عن جسيم مشحون ، فإن حركته تتأثر أيضًا بالمجال الكهربائي: فرق الجهد الكهربائي عبر الغشاء سيقود البروتونات من الجانب الموجب الشحنة إلى الجانب السالب الشحنة.

تعتبر طاحونة المياه تشبيهًا جيدًا: الفرق بين مستويات المياه قبل السد وبعده يوفر طاقة محتملة.

يقاس كميًا بالجول لكل مول (J mol -1) ويتم تعريفه على النحو التالي:

حيث يشير مؤشرا "P" و "N" إلى الجوانب الموجبة p و n من غشاء الاقتران F هو ثابت فاراداي (96485 درجة مئوية مول -1) ص ثابت الغاز المولي (8.314 جول مول -1 ك -1) ، تي هي درجة الحرارة في كلفن ، وهي فرق الجهد الكهربائي عبر الغشاء بالفولت. توضح قيمة مقدار الطاقة المطلوبة (أو التي يتم إطلاقها ، اعتمادًا على اتجاه تدفق البروتون عبر الغشاء) لتحريك 1 مول من البروتونات عبر الغشاء.
غالبًا ما يكون من الأنسب عدم استخدام القوة الدافعة للبروتون (pmf):

عند درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) تكون القوة الدافعة للبروتون (بالميليفولت وكذلك) هي:

في حالة عدم وجود فرق الأس الهيدروجيني عبر الغشاء ، فإن pmf يساوي فرق الجهد الكهربائي عبر الغشاء ويمكن قياسه مباشرة من خلال العديد من التقنيات التجريبية (مثل توزيع الأيونات المتخللة ، والأصباغ الحساسة للاحتمال ، والانزياح العصابي الكاروتيني الكهربائي ، وما إلى ذلك). تتوافق كل وحدة أس هيدروجيني في تدرج الأس الهيدروجيني عبر الغشاء مع 59 مللي فولت من pmf.
بالنسبة لمعظم الأغشية البيولوجية المشاركة في تخليق ATP ، تقع قيمة pmf بين 120 و 200 mV (بين 11.6 و 19.3 kJ mol -1).

الحفز الدوراني

  1. مدفوعة بالقوة الدافعة للبروتون ، تنتقل البروتونات عبر F.ا جزء من الانزيم. يدفع هذا النقل دوران حلقة أوليغومر ذات الوحدة الفرعية c بالنسبة للوحدتين الفرعيتين a و b (انظر هنا للحصول على التفاصيل).
  2. يتم تمرير الدوران إلى وحدتي جاما وإبسيلون المرتبطين بحلقة أوليغومر ذات الوحدة الفرعية c. يؤدي دوران الوحدة الفرعية لجاما غير المتماثلة ميكانيكيًا إلى حدوث تغييرات توافقية في ألفا 3 بيتا 3 -هكسامير. تجبر كل 120 درجة من دوران الوحدة الفرعية جاما أحد المواقع التحفيزية الثلاثة الموجودة في واجهة Alpha-Beta على تشكيل مفتوح. يتم تحرير جزيء ATP المركب حديثًا ، ويتم ربط الفوسفات و ADP بدلاً من ذلك. إن التقارب العالي للموقع المفتوح للفوسفات يضعف إعادة ارتباط ATP ويفضل ربط ADP.
  3. يذهب الدوران إلى أبعد من ذلك ، حيث تقوم وحدة جاما الفرعية بتحويل 120 درجة أخرى لإجبار الموقع التالي على التشكل المفتوح ، ويتم سد ADP والفوسفات المرتبط بالموقع المفتوح السابق ويحدث تخليق ATP. يتم تحرير جزيء ATP المتكون عندما تقوم وحدة جاما الفرعية بدوران 360 درجة وفتح الموقع مرة أخرى.

مثبطات سينسيز ATP

يتم تثبيط نشاط سينسيز ATP بشكل خاص بواسطة عدة مركبات (عضوية وغير عضوية). معظم هذه المثبطات شديدة السمية ، لذا فإن العناية الشديدة واحتياطات السلامة المناسبة ضرورية عند العمل معها (ليس من المستغرب جدًا أن نشعر بالحزن عندما يتم حظر سينسيز ATP الخاص بنا!). معظم المثبطات خاصة لكل من نقل البروتون Fا- جزء ، أو ماء F1-الجزء ، لذلك يتم تقسيم القسم أدناه وفقًا لذلك.

مثبطات Fا

أوليغوميسين

أوليغوميسين هو المانع الذي أطلق عليه اسم "Fا"إلى الجزء المضمن في الغشاء من سينسيز ATP. الحرف السفلي" O "في F.ا(لا صفر!) يأتي من احساسية ليجوميسين لهذا الفسفرة الكارهة للماء Fالفاعل في الميتوكوندريا.
يرتبط Oligomycin بواجهة الوحدة الفرعية أ و ج-Rring oligomer ويمنع انتقال البروتون الدوار في Fا. إذا كان الإنزيم متقاربًا جيدًا ، فإن نشاط F1 تم حظره أيضًا. بسبب الظاهرة الأخيرة ، فإن الوحدة الفرعية للميتوكوندريا F1-الجزء الذي يربط F.1 مع F.ا كان اسمه Oligomycin-Sensitivity Conferring Protein (OSCP). هذه الوحدة الفرعية ضرورية للاقتران الجيد بين F1 و Fا ويجعل نشاط ATPase لـ F1 حساسة لـ F.ا oligomycin المانع ، ومن هنا جاء الاسم.
أوليغوميسين محدد لمُصنّع ATP في الميتوكوندريا وفي تركيزات الميكرومولار يمنع بشكل فعال نقل البروتون عبر Fا. يعمل هذا المانع أيضًا في بعض الإنزيمات البكتيرية التي تظهر تشابهًا كبيرًا مع سينثيز ATP في الميتوكوندريا ، على سبيل المثال إنزيم من بكتيريا أرجوانية كبسولات رودوباكتر. لكن سينسيز ATP من البلاستيدات الخضراء ومن معظم البكتيريا (بما في ذلك الإشريكية القولونية) لديه حساسية منخفضة للأليغوميسين.
وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن الأليغوميسين بتركيزات عالية يؤثر أيضًا على نشاط الميتوكوندريا F.1.

DCCD (اختصار لـ Dicyclohexylcarbodiimide المعروف أيضًا باسم DCC ، مثل N ، N'-dicyclohexylcarbodiimide ، مثل Bis (cyclohexyl) carbodiimide ، و as1،3-dicyclohexylcarbodiimide) هو جزيء عضوي صغير يمكنه تعديل المجموعات الكربونية تساهميًا. عند إضافته إلى سينسيز ATP عند درجة حموضة أعلى من 8 ، يتفاعل DCCD بشكل حصري تقريبًا مع مجموعة الكربوكسيل لبقايا الأحماض الأمينية الحمضية المحفوظة للوحدة الفرعية ج (هذا هو السبب في الوحدة الفرعية ج يسمى أحيانًا "بروتين ربط DCCD"). الذي يحتوي على pK مرتفع وبالتالي يمكن أن يتشكل بالبروتونات عند مثل هذا الرقم الهيدروجيني المرتفع. تعديل مجموعة الكربوكسيل بمفرده ج-الوحدة الفرعية كافية لتصيير الكل ج- بحلقة قليلة القلة غير نشطة. لأن DCCD يرتبط تساهميًا بـ ج-الوحدة الفرعية ، هذا التثبيط لا رجوع فيه.
مجموعة الكربوكسيل لبقايا الأحماض الأمينية المحفوظة في الوحدة الفرعية ج-الوحدة الفرعية موجودة في جميع تركيبات ATP المعروفة حتى الآن. لذا فإن DCCD هو مثبط عالمي يمكنه Fا تعمل في الإنزيمات البكتيرية والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. علاوة على ذلك ، فإن ATPases لنقل البروتون من النوع V و A حساسة أيضًا لـ DCCD لنفس السبب. يتم أيضًا تثبيط تركيبات ATP التي تنقل الصوديوم بشكل فعال بواسطة DCCD.
عند درجة حموضة أقل (

فينتوريسيدين

يتم عزل المضاد الحيوي فينتوريسيدين من ماكرولايد (المعروف أيضًا باسم أبوميسين) من أ ستربتوميسيس س. تم وصفه في الأصل كعامل مضاد للفطريات. في وقت لاحق ، وجد أن فينتوريسيدين هو مثبط قوي لـ ATP synthase الذي يمنع على وجه التحديد انتقال البروتون من خلال Fا. مثل oligomycin ، فإنه يرتبط بواجهة الوحدة الفرعية أ و ج-حلقة أوليغومر. ومع ذلك ، فإن خصوصية الفنتوريسيدين لا تقتصر على سينسيز ATP للميتوكوندريا ، بل إنها تثبط بشكل فعال الإنزيمات البكتيرية والبلاستيدات الخضراء. يتم أيضًا تثبيط تركيبات ATP بشدة مع الصوديوم فينتوريسيدين.
إذا كان الاقتران بين Fا و F1 جيد ، كما يمنع فينتوريسيدين نشاط F1. لذلك يعتبر هذا المانع اختيارًا جيدًا للاختبار السريع لكفاءة أداة التوصيل. وتتمثل مزاياها المهمة على DCCD في التأثير السريع وسهولة الاستخدام. على عكس DCCD ، يمكن تخزين venturicidin كمحلول مخزون مركّز لفترة طويلة دون فقد الطاقة المثبطة.
تقارب Fا إلى venturicidin مرتفع جدا. في كبسولات رودوباكتر لوحظ تثبيط نصف قصوى ATP synthase عند تركيز 2-5 نانومتر فينتوريسيدين.

مثبطات F1

أزيد

يثبط Azide بشكل انتقائي نشاط ATPase لمركب ATP ، مما يترك نشاط تخليق ATP الخاص به غير متأثر. يتجلى ذلك في الميتوكوندريا F1 أن أزيد يرتبط مع MgADP (يتفاعل مع بيتا فوسفاته) في موقع تحفيزي ، ويفترض أنه يمنع إطلاق ADP من هذا الموقع. ومع ذلك ، فإن دوران وحدة فرعية جاما أجبرته عالية بما فيه الكفاية pmf أو عن طريق القوة الخارجية يمكن أن يطرد ADP المغلق من الموقع التحفيزي ، مما يجعل الإنزيم في تخليق ATP النشط.

تينتوكسين

التنتوكسين هو سم نباتي تنتجه الفطريات النوباء محيط. يمنع على وجه التحديد نشاط ATPase لبعض تركيبات ATP البلاستيدات الخضراء وليس له أي تأثير على إنزيم البكتيرية والميتوكوندريا. علاوة على ذلك ، فإن بعض التركيبات المصنوعة من البلاستيدات الخضراء ATP مقاومة للسموم.
يرتبط Tentoxin عند الشق بين وحدتي Alpha و Beta بالقرب من تاج N-terminal بيتا برميل لـ F1. عند التركيز الصغير (حوالي 1-10 درجة مئوية) يمنع التوكسين التحلل المائي لـ ATP ، بينما في التركيزات الأعلى يتم تخفيف التثبيط. تم تحديد موقع الارتباط للتيتوكسين من خلال تحليل الأشعة السينية للبلاستيدات الخضراء F1 تبلور في وجود المانع.

إيفراببتين

Efrapeptin (المعروف أيضًا باسم A 23871 أو A23871) هو اسم شائع لمجموعة من المضادات الحيوية الببتيدات الصغيرة التي يمكن أن تلتصق داخل F1 ذات تقارب عالٍ وتمنع كل من تخليق ATP والتحلل المائي. تم تحديد موقع ارتباط efrapeptin من خلال تحليل الأشعة السينية للميتوكوندريا البقري F1 تبلور في وجود المانع. من المحتمل أن يقوم efrapeptin بإصلاح الوحدة الفرعية Gamma داخل F.1 ومنع دوران هذه الوحدة الفرعية.
Efrapeptins هي مثبطات قوية لميتوكوندريا سينسيز ATP وبعض الإنزيمات البكتيرية. لوحظ التأثير المثبط لأول مرة في الكروماتوفورات للبكتيريا الأرجواني رودوسبيريلوم روبوم. يعتبر سينثيز كلوروبلاست ATP حساسًا بشكل معتدل للإيفراببتين.

فلورو ألومينات (AlF4)

تحاكي مثبطات الفلورو ألومينات الحالة الانتقالية لـ ATP جاما فوسفات. ترتبط مع ADP في المواقع التحفيزية وتجمد الإنزيم في شكل من المفترض أن يعكس خطوة وسيطة من التحلل المائي ATP تخليق.

نسبة البروتون / ATP

من التجارب المبكرة مع الميتوكوندريا ، تم تقدير نسبة H + / ATP لتخليق ATP بـ 3. ومع ذلك ، بالنسبة لإنزيم البلاستيدات الخضراء ، تم العثور على الرقم 4 أكثر احتمالًا. من الاعتبارات الديناميكية الحرارية ، فإن أقل من 3 بروتونات للمحترفين ATP يكاد يكون مجديًا ، لأن الطاقة المطلوبة لتخليق ATP في ظل الظروف الفسيولوجية تبلغ حوالي 50 كيلو جول مول -1 (

520 meV) ، لذلك في قيم القوة الفسيولوجية للبروتون في حدود 120-200 مللي فولت ، يجب نقل 3 بروتونات على الأقل للحصول على الطاقة اللازمة.

لا يوجد دليل أو حجج مقنعة على أن هذه النسبة يجب أن تكون عددًا صحيحًا.

من المتوقع أن تعتمد هذه النسبة على عدد الوحدات الفرعية c في F.ا: حيث توجد 3 مواقع تحفيزية على الإنزيم و
من المحتمل جدًا أن يكون تخليق ATP مدفوعًا بآلية دوارة ،

H + / ATP = (عدد الوحدات الفرعية c) / 3

لكن المشكلة هنا هي أن الأعداد المحددة تجريبياً للوحدات الفرعية c في تركيبات ATP من كائنات مختلفة هي 10 و 11 و 14 و 15 ، مما يشير إلى نسب 3.33 و 3.67 و 4.67 و 5 على التوالي. من الممكن أيضًا أن يختلف قياس العناصر المتكافئة للوحدة c اعتمادًا على الحالة في الخلية.

موقع سينسيز ATP

تم العثور على سينسيز ATP في البكتيريا والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. في البكتيريا يقع في غشاء الخلية مع المحفز المائي الضخم F1 جزء يلتصق في السيتوبلازم. من السهل جدًا تذكر الاتجاه ، لأن البكتيريا تحتاج إلى تصنيع ATP داخل الخلية ، وليس خارجها. مع تدفق البروتون ، أصبح من غير السهل التفكير في أن البروتونات تذهب دائمًا & # 8220 على طول & # 8221 مع ATP: أثناء تخليق ATP تدخل الخلية البكتيرية (مزيد من ATP بالداخل ، والمزيد من البروتونات بالداخل) ، وأثناء التحلل المائي ATP تغادر الخلية وتذهب إلى الوسط الخارجي (أقل من ATP بالداخل ، وبروتونات أقل بالداخل).
في الميتوكوندريا ، يقع سينسيز ATP في الغشاء الداخلي ، المحفز للماء F1 جزء عالق في المصفوفة. بطريقة ما الميتوكوندريا هي بكتيريا & # 8220 ابتلاعها & # 8221 من قبل الخلية حقيقية النواة: ثم يتوافق غشاء الميتوكوندريا الداخلي مع غشاء الخلية البكتيرية.
في البلاستيدات الخضراء ، يوجد الإنزيم في غشاء الثايلاكويد F1 جزء يلتصق بالسدى.


كم عدد المواقع الحفازة التي يحتويها الإنزيم؟

ما مدى سرعة سينسيز ATP؟

من أجل التبسيط ، دعونا نترك جانباً القيم الأكثر "كيميائية حيوية" ، ولكن أقل قابلية للفهم لـ "ميكرومولات من ATP في الدقيقة لكل مجم بروتين" ونناقش عدد جزيئات ATP التي تم تصنيعها (أو تحللها) بواسطة سينسيز ATP واحد في ثانية واحدة.
تم الإبلاغ عن المعدلات القصوى التي تزيد عن 100 ثانية -1 للأنزيمات البكتيرية والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء لتخليق ATP. تعد معدلات التحلل المائي لـ ATP مشكلة أقل وضوحًا ، لأن الإنزيم المقترن في حويصلات الغشاء الصغيرة (النظام التجريبي الأكثر شيوعًا) يبني بسرعة قوة دفع بروتونية عالية نسبيًا تعمل كضغط خلفي وتوقف التحلل المائي. بالنسبة لمعدلات الإنزيم المنفصلة أو المذابة التي تزيد عن 100 ثانية تم الإبلاغ عنها أيضًا.
في الخلية الحية ، يعمل الإنزيم على الأرجح بأقل من المعدل الأقصى الممكن ، مما يجعل عشرات جزيئات ATP في الثانية.

1) C. Etzold و G. Deckers-Hebestreit و K. Altendorf. (1997) رقم دوران Escherichia coli F ا F 1 - سينسيز ATP لتخليق ATP في الحويصلات الغشائية. Eur.J Biochem. 243 (1-2): 336-343.
2) آر إل كروس ، سي جروبماير ، وإتش إس بنيفسكي. (1982) آلية التحلل المائي ATP بواسطة ATPase الميتوكوندريا لقلب البقر. تحسينات المعدل الناتجة عن التفاعلات التعاونية بين المواقع التحفيزية المتعددة. جي بيول كيم. 257: 12101-12105.
3) U. Junesch و P. Gr & aumlber. (1985) معدل تخليق ATP كدالة لدلتا الأس الهيدروجيني في البلاستيدات الخضراء الطبيعية والمعدلة بالديثيوثريتول. بيوكيم بيوفيز: أكتا 809: 429-434.

نقل البروتون من خلال Fا

على الرغم من أن الجزء Fo من سينسيز ATP يُشار إليه غالبًا باسم "قناة البروتون (ic)" ، إلا أنه ليس قناة. وهو يختلف اختلافًا كبيرًا عن قنوات البروتون "الحقيقية" (على سبيل المثال ، الجراميسيدين ، M2 من فيروس الأنفلونزا ، إلخ). أهم تمييز هو أنه عندما تكون في حالة موصلة ، لا تتطلب القناة الغشائية تغييرات توافقية لانتقال البروتون ، في حين أن Fا جزء من سينسيز ATP يفعل. كما أن معدل النقل بطيء جدًا بالنسبة للقناة: عند جهد يبلغ 100 مللي فولت ، تعطي الكتب المدرسية معدلًا يبلغ حوالي 10 6 أيونات في الثانية لقناة أيون ، أي أكثر من 100 ضعف أعلى من القيم المقابلة القصوى التي تم الإبلاغ عنها لـ Fا جزء. لذا فإن هذا الأخير هو مثال نموذجي لناقل البروتون (القدرة على العمل كمضخة تؤكد ذلك بشكل أكبر - لا توجد قناة يمكنها القيام بذلك).
ومع ذلك ، فإن مصطلح "قنوات البروتون" غالبًا ما يستخدم لمناطق معينة في بروتينات الغشاء التي تشارك في انتقال البروتون (مثل قنوات البروتون في السيتوكروم أوكسيديز ، أو قناة مدخل البروتون في بكتيريورودوبسين). نظرًا لأنها لا تعبر أبدًا الغشاء بأكمله ، فإنها تسمى أحيانًا "قنوات نصف بروتون".
يتم تشكيل منطقة نقل البروتون في سينسيز ATP بواسطة الوحدة الفرعية a و oligomer c-subunit. هناك نوعان من بقايا الأحماض الأمينية المعينة ذات الأهمية الحاسمة لانتقال البروتون. الأول عبارة عن بقايا حمضية (معظمها غلو ، في بعض الكائنات الحية آسب) في منتصف الغشاء الثاني الحلزون الغشائي للوحدة الفرعية ج. والثاني هو Arg في الأخير ولكن حلزون عبر غشاء واحد للوحدة الفرعية a. تؤدي جميع الطفرات تقريبًا في هذين المتبقيين إلى فقدان كامل للنشاط. توجد العديد من بقايا الأحماض الأمينية المهمة الأخرى المحبة للماء في الوحدة الفرعية أ ، ولكن استبدالها يؤدي فقط إلى فقدان جزئي للنشاط.
تعتمد الفرضية المفضلة حاليًا لنقل البروتون من خلال سينسيز ATP على آلية الدوران العشوائية. يُفترض أن البقايا الحمضية المحفوظة على الوحدة الفرعية c يمكن إزالتها (أي سالبة الشحنة) فقط عند مواجهة واجهة البروتين البروتين بين الوحدتين الفرعيتين a و c ، لأنه من غير المستحسن بشدة تعريض الشحنة إلى طبقة ثنائية دهنية كارهة للماء.
يدخل البروتون من خلال قناة نصفية واحدة ، ويرتبط بمجموعة الكربوكسيل غير المشحونة سالبة الشحنة لوحدة c الفرعية Glu (أو Asp). يصبح الأخير محايدًا كهربائيًا ويمكنه الآن دخول مرحلة الدهون الكارهة للماء. بمجرد أن يحدث ذلك ، تأتي الوحدة الفرعية c الأخرى مع Glu البروتوني (Asp) من الطور الدهني إلى منطقة واجهة البروتين البروتين من الجانب الآخر وتطلق بروتونها عبر القناة النصفية الأخرى. يحمل الآن شحنة سالبة ، ولا يمكنه الرجوع للخلف ، ولكن يمكنه المضي قدمًا في موضع واحد وقبول بروتون آخر من النصف الأول من القناة. اكتملت الدورة. انقر هنا للحصول على رسوم متحركة توضح الآلية المذكورة أعلاه ، أو قم بتنزيل فيلم أجمل (وبالتالي أكبر بكثير) من صفحة الويب الخاصة بالبروفيسور جونجي!

ما هو تسلسل Beta DELSEED؟

منطقة Beta DELSEED هي جزء من الوحدة الفرعية Beta التي تحتوي على تسلسل الأحماض الأمينية من -Asp-Glu-Leu-Ser-Glu-Glu-Asp- (ومن هنا جاء الاسم: في رمز الأحماض الأمينية أحادي الحرف هو DELSEED). يتم حفظ هذه القطعة بشكل كبير في جميع تركيبات ATP. ومع ذلك ، فإن دورها ليس واضحًا تمامًا. في سينسيز البكتيرية ATP من المحبة للحرارة عصية تم إثبات أن هذه المنطقة ليست ضرورية للتحلل المائي ATP ولا للدوران الذي يحركه ATP للوحدة الفرعية Gamma في مجمع Alpha3-Beta3 ، ولكنها تلعب دورًا في العمل المثبط للوحدة الفرعية Epsilon. من المحتمل أن يكون في عصية PS3 تتفاعل بقايا Asp و Glu ذات الشحنة السالبة مع Lys و Arg ذات الشحنة الموجبة في المجال الطرفي C من Epsilon ، وتتفاعل مع التحلل المائي.
من المحتمل أن نفس الآلية تعمل في سينسيز ATP من بكتيريا أخرى وفي إنزيم البلاستيدات الخضراء. في الميتوكوندريا سينسيز ATP مثل هذه الآلية غير مرجحة ، لأن دلتا الوحدة الفرعية (متماثل الميتوكوندريا من إبسيلون البكتيري) تفتقر إلى الشحنات الإيجابية المهمة في مجالها الطرفي C.


محتويات

يقع طراز F1 يشتق اسم الكسر من المصطلح "Fraction 1" و Fا (مكتوب كحرف منخفض "o" ، وليس "صفر") اشتق اسمه من كونه الجزء الملزم للأوليغوميسين ، وهو نوع من المضادات الحيوية المشتقة بشكل طبيعي والقادرة على تثبيط Fا وحدة سينسيز ATP. [3] [4] تتكون هذه المناطق الوظيفية من وحدات بروتينية فرعية مختلفة - ارجع إلى الجداول. يستخدم هذا الإنزيم في تخليق ATP من خلال التنفس الهوائي.

يقع داخل غشاء الثايلاكويد والغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، يتكون سينسيز ATP من منطقتين Fا و F1. Fا يسبب دوران F.1 وهي مصنوعة من c-ring والوحدات الفرعية a، two b، F6. F1 يتكون من وحدات فرعية α و β و γ و. F1 يحتوي على جزء قابل للذوبان في الماء يمكنه تحلل ATP. Fا من ناحية أخرى لديها مناطق مسعورة بشكل رئيسي. Fا F1 يخلق مسارًا لحركة البروتونات عبر الغشاء. [7]

F1 تحرير المنطقة

يقع طراز F1 جزء من سينسيز ATP هو ماء ومسؤول عن التحلل المائي لـ ATP. يقع طراز F1 تبرز الوحدة في مساحة مصفوفة الميتوكوندريا. تصنع الوحدتان الفرعيتان α و شكل سداسي مع 6 مواقع ربط. ثلاثة منهم خاملون محفزًا ويربطون ADP.

ثلاث وحدات فرعية أخرى تحفز تخليق ATP. الآخر F1 الوحدات الفرعية γ و و هي جزء من آلية المحرك الدوراني (الدوار / المحور). تسمح الوحدة الفرعية β بالمرور عبر تغييرات توافقية (أي حالات مغلقة ونصف مفتوحة ومفتوحة) تسمح بربط ATP وإصداره بمجرد توليفه. يقع طراز F1 الجسيم كبير ويمكن رؤيته في المجهر الإلكتروني النافذ عن طريق تلطيخ سلبي. [8] هذه جزيئات قطرها 9 نانومتر تغلف الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.

F1 - الوحدات الفرعية [9]
الوحدة الفرعية الجين البشري ملحوظة
ألفا ATP5A1 ، ATPAF2
بيتا ATP5B ، ATPAF1 ، C16orf7
جاما ATP5C1
دلتا ATP5D الميتوكوندريا "دلتا" عبارة عن إبسيلون بكتيري / بلاستيكي أخضر.
إبسيلون ATP5E فريدة من نوعها للميتوكوندريا.
OSCP ATP5O تسمى "دلتا" في النسخ البكتيرية والبلاستيكية الخضراء.

Fا تحرير المنطقة

Fا هو بروتين غير قابل للذوبان في الماء مع ثماني وحدات فرعية وحلقة عبر الغشاء. تحتوي الحلقة على شكل رباعي الشكل مع بروتين حلزوني حلزوني يمر عبر تغييرات توافقية عند بروتوناتها ونزعها ، مما يدفع الوحدات الفرعية المجاورة للدوران ، مما يتسبب في دوران Fا والذي يؤثر أيضًا على تشكيل F1، مما أدى إلى تبديل حالات الوحدات الفرعية ألفا وبيتا. يقع طراز Fا منطقة سينسيز ATP هي مسام بروتون مضمن في غشاء الميتوكوندريا. يتكون من ثلاث وحدات فرعية رئيسية ، أ ، ب ، ج. ست وحدات فرعية c تشكل حلقة الدوار ، وتشكل الوحدة الفرعية b ساقًا متصلًا بـ F1 OSCP الذي يمنع سداسي αβ من الدوران. تصل الوحدة الفرعية a b بالحلقة c. [11] لدى البشر ست وحدات فرعية إضافية ، d ، e ، f ، g ، F6 ، و 8 (أو A6L). يقع هذا الجزء من الإنزيم في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ويقرن انتقال البروتون إلى الدوران الذي يسبب تخليق ATP في F1 منطقة.

في حقيقيات النوى ، الميتوكوندريا Fا تشكل ثنائيات الغشاء الانحناء. هذه الثنائيات مرتبة ذاتيًا في صفوف طويلة في نهاية cristae ، وربما تكون الخطوة الأولى في تكوين cristae. [12] نموذج ذري للخميرة القاتمة Fا تم تحديد المنطقة بواسطة cryo-EM بدقة شاملة تبلغ 3.6. [13]

Fا-الوحدات الفرعية الرئيسية
الوحدة الفرعية الجين البشري
أ MT-ATP6 ، MT-ATP8
ب ATP5F1
ج ATP5G1 ، ATP5G2 ، ATP5G3

في الستينيات حتى السبعينيات من القرن الماضي ، طور بول بوير ، أستاذ بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، نظرية آلية التغيير الملزمة ، أو فليب فلوب ، والتي افترضت أن تخليق ATP يعتمد على التغيير التوافقي في سينسيز ATP الناتج عن دوران وحدة جاما الفرعية. قامت مجموعة البحث الخاصة بـ John E.Walker ، ثم في مختبر MRC للبيولوجيا الجزيئية في كامبريدج ، ببلورة F1 المجال التحفيزي لمركب ATP synthase. أشارت البنية ، التي كانت في ذلك الوقت أكبر بنية بروتينية غير متماثلة معروفة ، إلى أن نموذج بوير للحفز الدوارة كان ، في جوهره ، صحيحًا. لتوضيح ذلك ، شارك بوير ووكر نصف جائزة نوبل في الكيمياء لعام 1997.

التركيب البلوري لـ F1 أظهرت وحدات فرعية ألفا وبيتا بالتناوب (3 من كل منهما) ، مرتبة مثل شرائح برتقالية حول وحدة فرعية دوارة غير متناظرة جاما. وفقًا للنموذج الحالي لتخليق ATP (المعروف باسم النموذج الحفاز المتناوب) ، فإن إمكانات الغشاء الناتجة عن كاتيونات البروتون (H +) التي توفرها سلسلة نقل الإلكترون ، تدفع كاتيونات البروتون (H +) من الفضاء بين الغشاء عبر الغشاء عبر Fا منطقة سينسيز ATP. جزء من Fا (حلقة الوحدات الفرعية c) تدور أثناء مرور البروتونات عبر الغشاء. الحلقة c متصلة بإحكام بالساق المركزية غير المتماثلة (التي تتكون أساسًا من وحدة جاما الفرعية) ، مما يجعلها تدور داخل نطاق ألفا3بيتا3 إيقاف1 مما تسبب في مرور 3 مواقع ربط النوكليوتيدات الحفزية بسلسلة من التغييرات التوافقية التي تؤدي إلى تخليق ATP. الرئيسية F1 يتم منع الوحدات الفرعية من الدوران بالتعاطف مع الدوار المركزي للساق بواسطة ساق طرفي ينضم إلى ألفا3بيتا3 إلى الجزء غير الدوار من F.ا. يُعرف هيكل سينسيز ATP السليم حاليًا بدقة منخفضة من دراسات المجهر الإلكتروني (cryo-EM) للمركب. يشير نموذج cryo-EM الخاص بـ ATP synthase إلى أن الساق المحيطية عبارة عن هيكل مرن يلتف حول المجمع عندما ينضم إلى F1 إلى F.ا. في ظل الظروف المناسبة ، يمكن أيضًا إجراء تفاعل الإنزيم بشكل عكسي ، حيث يقود التحلل المائي ATP ضخ البروتون عبر الغشاء.

تتضمن آلية تغيير الربط الموقع النشط لدورة وحدة فرعية بين ثلاث حالات. [14] في الحالة "السائبة" ، يدخل ADP والفوسفات إلى الموقع النشط في الرسم التخطيطي المجاور ، ويظهر هذا باللون الوردي. يخضع الإنزيم بعد ذلك لتغيير في الشكل ويجبر هذه الجزيئات معًا ، مع وجود الموقع النشط في الحالة "الضيقة" الناتجة (الموضحة باللون الأحمر) الذي يربط جزيء ATP المنتج حديثًا بتقارب عالي جدًا.أخيرًا ، يعود الموقع النشط إلى الحالة المفتوحة (البرتقالي) ، ويطلق ATP ويربط المزيد من ADP والفوسفات ، ويكون جاهزًا للدورة التالية من إنتاج ATP. [15]

مثل الإنزيمات الأخرى ، فإن نشاط F1Fا سينسيز ATP قابل للعكس. تتسبب الكميات الكبيرة الكافية من ATP في تكوين تدرج بروتوني عبر الغشاء ، يتم استخدامه عن طريق تخمير البكتيريا التي لا تحتوي على سلسلة نقل إلكترون ، ولكن بدلاً من ذلك تحلل ATP لإنشاء تدرج بروتوني ، والذي يستخدمونه لدفع الأسواط ونقل المغذيات في الخلية.

في تنفس البكتيريا في ظل الظروف الفسيولوجية ، يعمل سينسيز ATP ، بشكل عام ، في الاتجاه المعاكس ، مما يؤدي إلى تكوين ATP أثناء استخدام القوة المحركة للبروتون الناتجة عن سلسلة نقل الإلكترون كمصدر للطاقة. تسمى العملية الكلية لتوليد الطاقة بهذه الطريقة الفسفرة المؤكسدة. تحدث نفس العملية في الميتوكوندريا ، حيث يقع سينسيز ATP في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا و F1جزء من المشاريع في مصفوفة الميتوكوندريا. إن استهلاك ATP بواسطة ATP-synthase يضخ الكاتيونات البروتونية في المصفوفة.

يُعتقد أن تطور سينسيز ATP كان معياريًا حيث ارتبطت وحدتان فرعيتان مستقلتان وظيفيًا واكتسبتا وظائف جديدة. [16] [17] يبدو أن هذا الارتباط قد حدث في وقت مبكر من التاريخ التطوري ، لأن نفس بنية ونشاط إنزيمات سينثيز ATP موجودة في جميع ممالك الحياة. [16] يُظهر سينسيز F-ATP تشابهًا وظيفيًا وميكانيكيًا عاليًا مع قاعدة V-ATPase. [18] ومع ذلك ، في حين أن سينسيز F-ATP يولد ATP عن طريق استخدام التدرج البروتوني ، فإن V-ATPase يولد تدرجًا بروتونيًا على حساب ATP ، مما يولد قيمًا حموضة منخفضة تصل إلى 1. [19]

يقع طراز F1 تُظهر المنطقة أيضًا تشابهًا كبيرًا مع هليكازات الحمض النووي السداسي (خاصة عامل Rh) ، وتُظهر منطقة الإنزيم بأكملها بعض التشابه مع H +
- مجمعات محركات T3SS أو محركات سوطية. [18] [20] [21] α3β3 hexamer من F.1 تُظهر المنطقة تشابهًا هيكليًا كبيرًا مع هليكازات الحمض النووي السداسي كل من تشكل حلقة ذات تناظر دوراني ثلاثي مع مسام مركزية. كلاهما لهما أدوار تعتمد على الدوران النسبي لجزيء ضخم داخل المسام ، تستخدم هليسات الحمض النووي الشكل الحلزوني للحمض النووي لتوجيه حركتها على طول جزيء الحمض النووي واكتشاف الالتفاف الفائق ، في حين أن α3β3 يستخدم hexamer التغييرات التوافقية من خلال دوران الوحدة الفرعية لدفع التفاعل الإنزيمي. [22]

H +
محرك Fا يُظهر الجسيم تشابهًا وظيفيًا كبيرًا مع H +
المحركات التي تحرك الأسواط. [18] كلاهما يتميز بحلقة من العديد من بروتينات ألفا الحلزونية الصغيرة التي تدور بالنسبة للبروتينات الثابتة القريبة ، باستخدام H +
التدرج المحتمل كمصدر للطاقة. ومع ذلك ، فإن هذا الارتباط ضعيف ، حيث أن الهيكل العام للمحركات السوطية أكثر تعقيدًا بكثير من هيكل F.ا الجسيم والحلقة التي تحتوي على حوالي 30 بروتينًا دوارًا أكبر بكثير من 10 أو 11 أو 14 بروتينًا حلزونيًا في Fا مركب. ومع ذلك ، تُظهر البيانات الهيكلية الأحدث أن الحلقة والساق متشابهتان هيكليًا مع F1 الجسيم. [21]

تشير نظرية التطور المعياري لأصل سينسيز ATP إلى وجود وحدتين فرعيتين لهما وظيفة مستقلة ، وهليكاز DNA مع نشاط ATPase و H +
كان المحرك قادرًا على الارتباط ، ودفع دوران المحرك نشاط ATPase للهليكاز في الاتجاه المعاكس. [16] [22] ثم تطور هذا المركب بكفاءة أكبر وتطور في النهاية إلى تركيبات ATP المعقدة اليوم. بدلاً من ذلك ، فإن DNA هيليكاز / H +
قد يحتوي المجمع الحركي على H +
نشاط المضخة مع نشاط ATPase للطائرة التي تقود H +
المحرك في الاتجاه المعاكس. [16] قد يكون هذا قد تطور لتنفيذ التفاعل العكسي ويكون بمثابة سينسيز ATP. [17] [23] [24]

تم اكتشاف مجموعة متنوعة من المثبطات الطبيعية والاصطناعية لـ ATP synthase. [25] وقد استخدمت هذه لفحص بنية وآلية سينسيز ATP. قد يكون بعضها ذو فائدة علاجية. هناك عدة فئات من مثبطات سينسيز ATP ، بما في ذلك مثبطات الببتيد ، والمواد الكيميائية النباتية متعددة الفينول ، والبوليكيتيدات ، ومركبات القصدير العضوي ، ومشتقات α-pyrone المتعددة ، والمثبطات الكاتيونية ، ونظائر الركيزة ، ومعدلات الأحماض الأمينية ، والمواد الكيميائية المتنوعة الأخرى. [25] من أكثر مثبطات سينثاز ATP شيوعًا أوليغوميسين و DCCD.

تحرير البكتيريا

بكتريا قولونية سينسيز ATP هو أبسط شكل معروف من سينسيز ATP ، مع 8 أنواع مختلفة من الوحدات الفرعية. [11]

يمكن أن تعمل القواعد البكتيرية F-ATPases في بعض الأحيان في الاتجاه المعاكس ، وتحولها إلى قاعدة ATPase. [26] بعض البكتيريا ليس لديها F-ATPase ، وذلك باستخدام A / V-type ATPase ثنائي الاتجاه. [9]

الخميرة تحرير

تعد خميرة ATP synthase واحدة من أفضل تركيبات ATP حقيقية النواة التي تمت دراستها وخمسة F1ثمانية F.ا تم تحديد الوحدات الفرعية وسبعة بروتينات مرتبطة. [7] معظم هذه البروتينات لها متماثلات في حقيقيات النوى الأخرى. [27] [28] [29] [30]

تحرير النبات

في النباتات ، يوجد سينسيز ATP أيضًا في البلاستيدات الخضراء (CF1Fا-ATP سينسيز). تم دمج الإنزيم في غشاء الثايلاكويد التليف الكيسي1- يلتصق الجزء بالسدى ، حيث تحدث التفاعلات المظلمة لعملية التمثيل الضوئي (وتسمى أيضًا التفاعلات المستقلة للضوء أو دورة كالفين) وتكوين ATP. الهيكل العام والآلية التحفيزية لـ سينثاز ATP البلاستيدات الخضراء هي نفسها تقريبًا مثل تلك الموجودة في الإنزيم البكتيري. ومع ذلك ، في البلاستيدات الخضراء ، لا تتولد القوة الدافعة للبروتون عن طريق سلسلة نقل الإلكترون في الجهاز التنفسي ولكن عن طريق بروتينات التمثيل الضوئي الأولية. يحتوي synthase على 40-aa في وحدة جاما الفرعية لمنع النشاط المهدر عندما يكون الظلام. [31]

تحرير الثدييات

سينسيز ATP المعزول من الأبقار (بوس توروس) الميتوكوندريا القلبية ، من حيث الكيمياء الحيوية وهيكلها ، هي أفضل سينسيز ATP تميزًا. يستخدم قلب البقر كمصدر للإنزيم بسبب ارتفاع تركيز الميتوكوندريا في عضلة القلب. جيناتهم لها تماثل وثيق لتركيبات ATP البشرية. [32] [33] [34]

الجينات البشرية التي تشفر مكونات ATP التركيبية:

حقيقيات النوى الأخرى تحرير

حقيقيات النوى التي تنتمي إلى بعض الأنساب المتباينة لها منظمات خاصة جدًا من سينسيز ATP. يشكل سينسيز euglenozoa ATP ديمرًا مع شكل ذراع الرافعة F1 رأس مثل تركيبات ATP الأخرى في الميتوكوندريا ، ولكن Fا يحتوي subcomplex على العديد من الوحدات الفرعية الفريدة. يستخدم الكارديوليبين. المثبط IF1 يرتبط أيضًا بشكل مختلف ، بطريقة مشتركة مع المثقبيات. [35]

تحرير العتائق

لا تحتوي العتائق بشكل عام على F-ATPase. بدلاً من ذلك ، يقومون بتجميع ATP باستخدام A-ATPase / synthase ، وهي آلة دوارة تشبه هيكليًا V-ATPase ولكنها تعمل بشكل أساسي كمصنّع ATP. [26] مثل البكتيريا F-ATPase ، يُعتقد أنه يعمل أيضًا كقاعدة ATPase. [9]


إقرارات / إفصاحات مالية

تم دعم هذا العمل في أجزاء من خلال منحة البحث GM28454 من المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (إلى TAK) ، ومجموعة التميز & # x0201c مجمعات جزيئية كبيرة & # x0201d في جامعة جوته فرانكفورت (DFG Project EXC 115) (إلى BB و TM ) و DFG Collaborative Research Centre (SFB) 807 (إلى TM). تم دعم I.W من قبل Deutsche Forschungsgemeinschaft ، Sonderforschungsbereich 815 ، Project Z1 (Redox-Proteomics).


5. تتطلب أحجام الخطوات المختلفة للمحركين المقترنين مرونة داخلية

في FاF1- ATP synthase ، اثنان من المحركات النانوية يعملان ضد بعضهما البعض. اعتمادًا على القوة الدافعة للبروتون ، فإن بكتريا قولونية يمكن أن تتحول الإنزيمات الموجودة في البروتينات الشحمية من تخليق ATP إلى التحلل المائي لـ ATP [3]. الإمكانات الكيميائية لتخليق ATP أو التحلل المائي في F1 يعمل ضد فرق الجهد الكهروكيميائي على الغشاء الذي يحرك المحرك في Fا. يعمل المحركان بتروس مختلفة. F1 هو محرك ذو 3 خطوات ، بينما Fا هو محرك ذو 10 خطوات في الإشريكية القولونية (أو 8 & # x0201315 ، حسب الكائن الحي). السؤال الذي يطرح نفسه هو كيف تنتقل الطاقة بين هذين المحركين ، وكيف يمكن للإنزيم التغلب على حواجز الطاقة لنظام حيث يتم ربط محركين مع تروس مختلفة بإحكام. لقد تم اقتراح أن المحركات مقترنة بشكل مرن [4،79 & # x0201382]. بدلاً من النظام الجامد ، تكون أجزاء معينة من هذا الإنزيم لينة بشكل مرن ويمكنها تخزين الطاقة بشكل عابر إلى حين الحاجة إلى التفاعل الكيميائي. وبالتالي ، يمكن أن يعمل الإنزيم بمعدل دوران عالٍ وكفاءة حركية.

في سلسلة من التجارب أحادية الجزيء ، حدد سيلاف وزملاؤه هذه العناصر المرنة [49،50]. استخدموا المسوخ بكتريا قولونية F1 أو F.اF1 التي تحتوي على اثنين من السيستين المهندسة ، أحدهما في الدوار (الوحدات الفرعية & # x003b3 أو ج) والآخر في الجزء الثابت (الوحدات الفرعية & # x003b2 ، & # x003b1 أو أ) معارضة السيستين السابق (الشكل 3 أ). أزواج السيستين ، وهما aI223C / cL72C (الأزرق في الشكل 3 أ) ، & # x003b2D380C / & # x003b3A87C (أخضر) و & # x003b1E284C / & # x003b3A276C (أحمر) ، على طول ساق الدوار لمسح مرونته المختلفة. في اختبار الدوران ، تم إرفاق الإنزيم بسطح الزجاج عبر علامات الهيستيدين في كل وحدة فرعية & # x003b2 ، في حين أن خيوط الأكتين القصيرة المسمى الفلورسنت (حوالي 0.5 & # x000b5m) أو نقطة كمومية (Q-dot) حبة مغناطيسية مخدرة (1 & # x000b5m) مرتبطة بالإنزيم على الآخر خدم الجانب كمراسل للفحص المجهري بالفيديو. كان الصحفيون ملزمين إما بـ ج- الحلقة في FاF1أو إلى & # x003b3 في F1، على التوالي (الشكل 3 أ,ب).

(أ) مقايسة الدوران مع بكتريا قولونية FاF1 تعلق على غطاء زجاجي عبر الهيستيدين (صاحب) - علامات في الوحدة الفرعية & # x003b2 ، مدفوعة بالتحلل المائي ATP. يقترن خيوط الأكتين الفلورية المسمى TMR بعلامات strep في كل منها ج الوحدة الفرعية عبر رابط الستربتاكتين & # x02013biotin. لمراقبة المرونة الداخلية للجزء المتحرك ، تم تصميم ثلاث طفرات لكل منها مع سيستين متعارضين على الجزء المتحرك والجزء الثابت كما هو محدد. بعد الأكسدة ، عملت على تشكيل جسر ثنائي الكبريتيد وتثبيط الإنزيم في وضع معين. (ب) تم استخدام جسيم مغناطيسي مخدر Q-dot بدلاً من خيوط أكتين لمراقبة المرونة الداخلية للجزء الثابت ، أي الوحدات الفرعية ب2. كان الجسيم المغناطيسي مغطى بالستربتافيدين أو الستربتاكتين لربطه به ب2، إما مباشرة عن طريق اثنين من السيستين / البيوتين في جزء لا يتجزأ من الغشاء من الوحدات الفرعية ب، أو بشكل غير مباشر إلى ج-Rring ، التي تم ربطها بالوحدة الفرعية أ عبر سيستين كما هو محدد ، على التوالي. (ج) الامتثال لمركب الانزيم & # x02013filament للطفرات المزدوجة الثلاثة الموضحة في (أ) ، التي تحددها التقلبات الحرارية للبروتين المترابط. تم تزويد المدرج التكراري باستخدام Gaussians وتم اشتقاق الصلابة الالتوائية من عرضهم المعكوس مما أدى إلى 450 و 59 و 47 pN & # x000b7nm للمنحنى الأزرق والأخضر والأحمر ، على التوالي (مقتبس من [50]). (د) نموذج FاF1 تظهر باللون الأحمر موقع أعلى مرونة ، أي موقع التلامس لـ ج-حلقة بـ & # x003b3 & # x003b5. يتم إعطاء التوافق في وحدات pN & # x000b7nm لمجالات مختلفة من الإنزيم (الشكل المقدم من S. Engelbrecht و W. Junge).

بعد إضافة ATP وتحت ظروف الاختزال ، بدأت الوحدات الفرعية بالدوران كما هو متوقع. عند الأكسدة ، شكل السيستين جسرًا لثاني كبريتيد وتوقف الإنزيم عن الدوران. في هذه الحالة ، كانت التقلبات الحرارية لنظام مراسل الإنزيم مرئية فقط. أظهر الرسم البياني لهذه التقلبات توزيعات تشبه Gaussian (الشكل 3 ج). كان عرض & # x003c3 للغاوس متناسبًا عكسيا مع الصلابة الالتوائية & # x003ba (في pN & # x000b7nm) بواسطة & # x003c3 = kبتي /& # x003ba، أين كب هو ثابت بولتزمان ، و T درجة الحرارة المطلقة. كان عمود الملف الملفوف لـ & # x003b3 صلابة متوسطة مع & # x003ba = 320 pN & # x000b7nm. يقع الجزء ذو الصلابة الالتوائية الأصغر بين مواقع توليد عزم الدوران في F1 و Fا& # x02014 أي في واجهة الجزء الكروي من & # x003b3 و ج-حلقة. مع صلابة التوائية أقل من 70 pN & # x000b7nm ، يمكنها تخزين ما يصل إلى 14 كيلو جول مول & # x022121 طاقة مرنة لتسهيل تعاون المحركين عندما يعملان ضد بعضهما البعض. في الإنزيم غير المقيد ، كان الامتثال أقل (حوالي 35 pN & # x000b7nm كما يستدل من مواضع السكون للإنزيم) ، بسبب الحركة المفصلية المرنة للرافعة في & # x003b2 الوحدات الفرعية. علاوة على ذلك ، كشفت محاكاة الديناميكيات الجزيئية للنظام الحر والمتشابك عن اتفاق مذهل مع البيانات التجريبية [83].

من ناحية أخرى ، تم العثور على الجزء الثابت على الأقل 10 مرات أكثر صلابة من الجزء الأكثر توافقًا من الجزء المتحرك. مرونة النوع البري ب2 تمت مقارنة ديمر مع متحور ب الوحدات الفرعية التي تم تمديدها بواسطة 11 من بقايا الأحماض الأمينية (& # x02018long & # x02019) أو تم زعزعتها عن طريق استبدال ثلاث بقايا متتالية بالجليسين (& # x02018Gly3-mutant & # x02019) [49]. في الفحص الدوراني ، عملت حبة مغناطيسية مخدرة Q-dot مقترنة بالجزء الثابت كمراسل لمراقبة حركة FاF1 (الشكل 3 ب). نظرًا لأن الجزء الثابت لا يدور من تلقاء نفسه ، فقد تم تحفيز الحركة بشكل مصطنع عن طريق تطبيق مجال مغناطيسي دوار خارجي ، والذي دفع الخرزة للأمام أو للخلف. تم اختبار طريقتين للتشغيل. (ط) عندما اقترن الخرزة المغناطيسية بنهاية الغشاء المتكاملة لـ ب2 dimer بواسطة اقتران cysteine ​​& # x02013biotin & # x02013streptavidin ، كان الثنائى ملتويًا حول محوره. (2) حركة الانحناء الفسيولوجية ب2 تمت دراسته عن طريق اقتران الخرزة المغناطيسية بالخرز المغناطيسي ج-الحلقة التي تم ربطها بوحدة فرعية أ. في جميع الحالات ، كان الامتثال حوالي 500 pN & # x000b7nm ، باستثناء ثني Gly3-mutant. هنا ، كان الامتثال أقل بثلاث مرات مقارنة بالأنزيم من النوع البري. تم تخفيض نشاط الضخ H + المعتمد على ATP للطفرات إلى النصف مقارنة بالنوع البري من النوع F.اF1-ATP سينسيز. ومع ذلك ، فإن هذه المسوخات ذات الجزء الثابت غير المستقر كانت نشطة ، لأن خفض امتثالها بمقدار ثلاثة أضعاف (أي لا يزال حجمًا أكبر من توافق الجزء المتحرك) لم يؤثر بشكل كبير على استقرار الجزء الثابت. يتم تلخيص خصائص المرونة في الشكل 3 د. دعمت هذه البيانات النموذج النظري لنقل الطاقة في FاF1- سينسيز ATP عن طريق تشوهات عابرة عابرة في الدوار.


التعبير الخالي من الخلايا وتجميع سينثيز ATP

ظهرت تقنيات التعبير الخالي من الخلايا (CF) كطرق واعدة لإنتاج بروتينات غشاء فردية من أنواع وأصول مختلفة. ومع ذلك ، يجب دمج العديد من بروتينات الغشاء في مجموعات معقدة من خلال التفاعل مع الوحدات الفرعية القابلة للذوبان والمتكاملة في الغشاء من أجل اعتماد هياكل مستقرة ومطوية وظيفيًا. إن إنتاج آلات جزيئية كاملة عن طريق التعبير CF كتقدم في إنتاج الوحدات الفرعية الفردية فقط سيفتح مجموعة متنوعة من الاحتمالات الجديدة لدراسة آليات التجميع أو الوظيفة أو التكوين. نبرهن على تشكيل CF الناجح للمجمعات الجزيئية الكبيرة التي تتكون من كل من الوحدات الفرعية المدمجة في الغشاء والقابلة للذوبان من خلال التعبير عن ATP أوبرون من Caldalkalibacillus thermarum سلالة TA2.A1 باستخدام الإشريكية القولونية مقتطفات. يتكون الأوبون من تسعة إطارات قراءة مفتوحة ، و 542 كيلو دالتون F1Fا- يتكون مجمع ATP synthase من 9 بروتينات قابلة للذوبان و 16 بروتينًا مدمجًا في الغشاء في قياس العناصر المتفاعلة α3β3γδɛab2ج13. تم إنجاز التجميع الكامل في المجمع الوظيفي في جميع أوضاع التعبير CF الثلاثة المستخدمة عادةً من خلال (1) إذابة الرواسب الأولية ، (2) الإدراج المتزامن في مذيلات المنظفات أو (3) الإدراج المتزامن في الجسيمات الشحمية مسبقة التشكيل. تم تأكيد وجود جميع الوحدات الفرعية الثمانية ، بالإضافة إلى نشاط إنزيم معين وتثبيط المركب ، من خلال التحليلات الكيميائية الحيوية ، والفحص المجهري للكسر الإلكتروني بالتجميد ، ووضع العلامات على الذهب المناعي. علاوة على ذلك ، يوضح تحليل الجسيم الفردي أن الهيكل وتنظيم الوحدة الفرعية لـ CF والمرجع في الجسم الحي معقدات سينسيز ATP المعبر عنها متطابقة. يؤسس هذا العمل إنتاج آلات جزيئية شديدة التعقيد في بيئات محددة إما على شكل بروتينات أو بروتينات شحمية كتطبيق جديد لأنظمة التعبير CF.


يظهر ATP Synthase سبب & # 8216Slippage & # 8217

يُظهر محرك الحياة مزيدًا من البراعة الهندسية مع كل اكتشاف جديد.

سينسيز ATP هي بالتأكيد واحدة من أكثر الآلات الجزيئية المدهشة التي أبلغنا عنها. هذا المحرك الدوار الصغير ولكن القوي الذي يعمل على البروتونات المنبعثة من الطعام الذي نأكله فعال للغاية وسريع ومعقد. لكونه ضروريًا لجميع أشكال الحياة ، فهو يتحدى أي نوع من الأصول التطورية التدريجية. لكن العلماء تساءلوا لسنوات عن عدم التوافق بين نصفيها.

يتكون المحرك من جزأين يسمى F0 (الذي يدور بواسطة قوة دافعة البروتون) ، و F.1 (حيث يتم تصنيع ATP ، مما ينتج عنه 3 ATP لكل ثورة). يأتي عدم التطابق المحير من عدد الوحدات في هذين النصفين. تحتوي الأنواع المختلفة من سينثيز ATP على 8 إلى 17 & # 8220c وحدات فرعية & # 8221 في F0 (عادة من 10 إلى 12) التي تشكل الكاروسيل الذي يدور ويدور القصبة المركزية & # 8220gamma & # 8221 ، والتي تعمل كعمود كامة يربط بين الجزأين. يقع طراز F1 على الرغم من ذلك ، يحتوي الجزء على ثلاثة أزواج من وحدتين. لكل دوران كامل لـ F0، مع الدوران المقابل لعمود الكامات ، يتم إنتاج ثلاثة ATP في F.1. لماذا لا يوجد تقسيم صحيح جميل بين الاثنين؟ كيف يمكن 11 ج وحدات فرعية في F0 تتوافق مع 3 جزيئات ATP في F.1؟ هل هناك بعض الانزلاق في الآلية؟

سينثيز ATP هو محرك دوار يولد 3 ATP لكل ثورة.

ورقة جديدة في علم مجلة تلقي مزيدا من الضوء على هذا اللغز. في & # 8220 تكشف المحطات الفرعية الدوارة من سينسيز ATP للميتوكوندريا عن أساس F المرن1-Fا اقتران ، & # 8221 مورفي وآخرون. معالجة المشكلة: & # 8220 السؤال الدائم هو كيف أن الحلقة C غير متطابقة متكافئة في Fا (تتكون من 8 إلى 17 c وحدات فرعية) وثلاثة أضعاف متماثل F1 يقترن الرأس بكفاءة. & # 8221 يعلن الملخص الورقي عن سبب عدم التطابق الذي يجعل سينسيز ATP يبدو أكثر فأكثر مثل & # 8220 آلة مزيتة بشكل جيد & # 8221—

لقد قاموا بحل هياكل المجهر الإلكتروني عالي الدقة لمركب سينسيز ATP ، واستخلصوا 13 محطة فرعية دوارة.هذه المجموعة من الهياكل كشف أن دوران Fا تقترن الحلقة والساق المركزي بالدوران الجزئي لـ F.1 رئيس. قد تمكن هذه المرونة الرأس من الجمع بين الدوران المستمر بشكل أفضل مع أحداث تخليق ATP المنفصلة.

بمعنى آخر ، هناك دوران طفيف لـ F.1 رأس لا يقوم فقط بمزامنة النصفين ، بل قد يساهم بالفعل في إنتاجية المحرك & # 8217s. لأولئك الذين يحبون المصطلحات ،

نجد ذلك تم العثور على F1 يدور الرأس مع القصبة المركزية حلقة ج خلال حوالي 30 درجة ، أو وحدة فرعية واحدة ج ، في بداية كل خطوة 120 درجة. اقتران مرن لـ F1 توجه إلى F.ا يتم التوسط في المحرك بشكل أساسي بواسطة مفصلة في الارتباط بين المجالات حساسية الأوليغوميسين - منح البروتين (OSCP) التي تنضم إلى F1 توجه إلى الساق المحيطية. الحزمة الممتدة ثنائية الحلزون للوحدة الفرعية المركزية للساق يتفاعل مع منطقة الالتقاط لوحدة فرعية واحدة من F1 رئيس. من المرجح أن يتم الحفاظ على الآلية الناتجة للاقتران المرن [أي ، غير متطور] في F أخرى1-Fا تراكيب ATP. توفر نتائجنا السياق الذي تشتد الحاجة إليه لمجموعة كبيرة من البيانات المنشورة التي تشير إلى أن OSCP هو مركز للتحكم الأيضي في الخلية.

هذا تصميم أنيق. إنه يوفر بشكل أساسي واجهة بين الأجزاء المتباينة ، مثل التركيب العالمي & # 8221 المصمم بواسطة الإنسان & # 8221 مع موصل مرن يمكنه العمل مع طرز مختلفة. يلخص المؤلفون هذا على النحو التالي:

في التركيبات ATP ، فإن F1 رأس حفاز يمكن أن يصاحب الدوار من خلال الدوران من

30 درجة في بداية كل

120 درجة خطوة. تسمح هذه الحركة بالاقتران المرن لـ F1 و Fا. ال مفصلة بين المجالات من OSCP يسهل الاقتران المرن ويجعل هذه الوحدة الفرعية مناسبة [def. & # 8220 نقطة ملائمة ذات صلة وثيقة الصلة ومتكيفة جيدًا & # 8221] لتنظيم تخليق ATP.

بالإضافة إلى ذلك ، وجد المؤلفون أيونًا معدنيًا (ربما Zn +2) قد يكون له دور في ترجمة تدفق البروتون إلى عزم دوران. هذا & # 8217s جانب غامض آخر من سينسيز ATP: كيف يعمل تدفق البروتونات في الواقع على تحويل F0 محرك؟ كان من الصعب معرفة ذلك ، لأن هذا الجزء من المحرك مدمج في الغشاء. استنتجوا ، & # 8220A محفوظ [غير متطور] أيون معدني في قناة وصول البروتون قد يزامن بروتون c-ring مع الدوران.& # 8221 قد تتطلب هذه الفرضية بحثًا إضافيًا. قد يكون من المفيد أيضًا التحقيق في تنوع الوحدات الفرعية ج بين الأنواع ، لمعرفة ما إذا كانت هناك أسباب 8 أو 10 أو 12 أو 17 وحدة فرعية اعتمادًا على البيئة ، أو ما إذا كانت ناتجة عن طفرات محايدة التي تم الحفاظ عليها & # 8220 اقتران مرن & تم تصميم # 8221 لاستيعاب.

وغني عن القول أن المؤلفين لم يذكروا & # 8220evolution & # 8221 في الورقة.

سينثيز ATP عبارة عن آلة جزيئية يمكنك استخدامها & # 8220wow & # 8221 لأصدقائك. & # 8220 هل تعلم أنك تعمل على محركات دوارة؟ & # 8221 بعبارات بسيطة ، صِف هذا الإجراء الشبيه بالعجلة المائية الذي يدير آلية تستقطب ATP معًا ، مما يجعل 3 ATP لكل ثورة. أخبرهم أنه أحد أكثر المحركات فاعلية التي تم اكتشافها على الإطلاق ، لكن أضف أنه في حدود جزء من المليار من المتر. أخبرهم أن البروتونات تأتي من الطعام الذي أكلته للتو ، وأن المليارات من هذه المحركات الصغيرة تدور بسرعة تزيد عن 6000 دورة في الدقيقة بداخلك الآن. قد يؤدي إلى بعض المناقشات الحية حول الأصول.



تعليقات:

  1. Ber

    برافو ، هذه الفكرة الممتازة ضرورية فقط بالمناسبة

  2. Darnall

    حتى في ...

  3. Yogi

    كنت مخطئا ، هل يمكن أن يكون؟

  4. Laibrook

    لا أعرف عنكم جميعًا ، لكنني مسرور. سيقول شخص ما أنه لا يوجد شيء مميز في المنشور ، وأن هناك المئات منهم ، وأن المعلومات ليست جديدة ، وما إلى ذلك. وسأقول رداً على ذلك - إذا لم تكن مهتمًا ، فلماذا التعليق؟ بالنسبة لي ، فإن المنشور مثالي تمامًا - أنا لا أقرأها بسرور فحسب ، بل سرد المحتوى لزملائي في العمل.

  5. Aldred

    الرسالة المفيدة جدا

  6. Kipp

    أنا آسف ، لقد تدخل ... أنا هنا مؤخرًا.لكن هذا الثيم محبب لي جدا. جاهز للمساعدة.



اكتب رسالة