В каком направлении вращается АТФ-синтаза?

Краткий ответ
Направление вращения зависит от точки зрения наблюдателя и реакции, катализируемой АТФ-синтазой. При синтезе АТФ и взгляде «снизу» (наблюдатель смотрит в межмембранное пространство, глядя в митохондриальный матрикс) он вращается по часовой стрелке.

Общие
сведения АТФ-синтаза представляет собой связанный с мембраной фермент с двумя большими субъединицами; F0 и _F1 . _{_} F ₀ встраивается в мембрану и направляет ионы H ⁺ из межмембранного пространства внутрь митохондрий (рис. 1). Соединение стеблевой области F ₀ и F ₁ содержит субъединицу γ, которая в основном образует вращающийся вал, приводимый в движение потоком H ⁺ . Это заставляет всю единицу F ₁ вращаться во время синтеза АТФ.

Теперь важно знать, прежде чем продолжить; ферменты в основном работают двумя способами, поскольку они просто устанавливают равновесие . Таким образом, любая АТФ-синтаза также является АТФ-гидролазой . При синтезе АТФ γ-субъединица движется по часовой стрелке, если смотреть «снизу» (сторона, ближайшая к F ₀ и мембране, см. рис. 2). Когда он гидролизует АТФ (например, в нефизиологических лабораторных условиях), он протекает против часовой стрелки, поскольку реакция, как и движение субъединицы γ, меняется на противоположное (Nakamoto, 2008) .

Направление, в котором происходит вращение, зависит от вовлеченных шагов (рис. 3). На этом рисунке показан гидролиз АТФ , который можно сравнить со сжиганием топлива в двигателе внутреннего сгорания. Теперь направление H ⁺ меняется на обратное, против его градиента концентрации и потребности в энергии (дорога, мчащаяся под автомобилем, если хотите). Поскольку связывание АТФ, гидролиз и высвобождение отходов (АДФ + P _i ) вызывают поворот ротора на 120 ^° , субъединица F1 совершает один полный оборот в каждом цикле (Yoshida, 2001) . При синтезе АТФ устанавливается обратное направление, так как отходы (АДФ + P _i ) забираются и фосфорилируются до АТФ, при этом поток Н ⁺задним ходом (похоже на автомобиль, идущий под гору, только двигатели внутреннего сгорания не могут генерировать газ из углекислого газа и воды, к сожалению).

^{Рис. 1. Субъединицы АТФ-синтазы. источник: Университет штата Пенсильвания .}

^{Рис. 2. АТФ-синтаза. источник: Нодзи, 2004 г.}

^{Рис. 3. АТФ-синтаза по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания преобразует энергию топлива во вращение ротора. Он может последовательно управлять впуском топливного газа, сжатием, воспламенением и выхлопом простым вращением центрального ротора (правая панель). Гамма-субъединица F1 имеет три реакционные камеры (каталитические бета-субъединицы (левые панели). Каждый из трех реакционных участков проходит три циклических этапа с разницей фаз 120°, вызывая вращательное движение, очень похожее на двигатель внутреннего сгорания. источник. : Ёсида, 2001 г.}

<sub>Ссылки
- Накамото, Arch Biochem Biophys (2008); 476 (1): 43–50
- Noji , журнал Biohistory (зима, 2004 г.)
- Yoshida, Nature Rev Mol Cell Biol (2001 г.); 2 : 669-77</sub>