АТФ-СИНТЕТАЗА

Строение АТФ-синтазы.

•компонент FO —

трасмембранный

домен,

•компонент

F1 находится вне мембраны, в

матриксе. АТФ-синтазный комплекс FOF1 по форме

напоминает плодовое тело гриба, у которого компонент F1 — это

шляпка, ножка — это γ- субъединица

Энергетическая схема каталитического действия АТФ- синтазы и другого типичного фермента.

Схема каталитического действия АТФ-синтазы согласно вращательному механизму изменения селективности активных центров.

Компонент F1 АТФ-синтазы имеет три неэквивалентных адениннуклеотидных центра связывания расположенных между парами α- и β- субъединиц.

В какой-то момент времени один из этих центров находится в β-АТФ- конформации то есть способен прочно связывать АТФ, другой в β-АДФ конформации образующей с лигандом слабые связи, третий центр имеет пустую

Физиологическое значение.

• Как и у многих других ферментов, действие АТФ-синтазы F1FO обратимо. Большие концентрации АТФ заставляют её

расщеплять АТФ и создавать трансмембранный протонный градиент. Такое использование АТФ-синтазы отмечено у анаэробных бактерий, не имеющих электронной транспортной цепочки. Эти бактерии применяют гидролиз АТФ для создания протонного градиента, который задействован в движении жгутиков и клеточном питании.

• У аэробных бактерий в нормальных условиях АТФ-синтаза, как правило, работает в обратном направлении, производя АТФ за счёт энергии электрохимического потенциала, создаваемого электронной транспортной цепочкой. В целом данный процесс называется окислительным фосфорилированием. Он протекает и в митохондриях эукариот, на внутренней мембране которых расположены молекулы АТФ-синтазы, причём компонент

F1 находится в матриксе, где и протекает процесс синтеза АТФ из АДФ и фосфата.

• КПД АТФ-синтазы близок к 100%.

Демонстрация механизма вращательного катализа.

Эксперимент позволяющий наблюдать вращение компонента Fo и γ- субъединицы. Компонент Е, модифицированный с помощью генной инженерии и содержащий остатки гистидина, прочно прикреплен к предметному стеклу микроскопа, покрытому комплексным соединением никеля. Биотин присоединен к с- субъединице ферментного

компонента Fо. Белок авидин, прочно связанный с биотином, ковалентно присоединяется к длинной актиновой нити с флуоресцентной меткой.

В процессе гидролиза АТР под действием комплекса

F1, наблюдается непрерывное вращение флуоресцирующей актиновой нити, свидетельствующее о вращении цилиндра, составленного из с-субъединиц

компонента Fo . Если флуоресцирующая актиновая нить присоединена не- посредственно к у-субъединице, на

микрофотографиях, сделанных через каждые 133 мс, видно, что актиновая нить при вращении резко меняет

аположение в пространстве через каждые 11 кадров.

Предполагается, что цилиндр из с-субъединиц и

стержень, образованный γ-субъединицей,

Эволюция АТФ-синтазы.

Эволюция АТФ-синтазы считается примером модульной эволюции, при которой две субъединицы, каждая обладающая своими функциями, соединились и получили новые функции.

Гексамер α3β3, входящий в состав компонента F1 проявляет существенное сходство с

гексамерной ДНК-геликазой. Оба типа ферментов образуют кольцо с вращательной симметрией 3 порядка, обладающее центральной пóрой. Действие каждого из них также зависит от относительного вращения макромолекулы внутри поры: геликазы используют спиральную форму ДНК для движения вдоль неё и для обнаружения суперскручивания, тогда как α3β3-гексамер использует изменения своей

конфигурации из-за вращения γ-субъединицы для осуществления каталитической реакции.