stringtranslate.com

АТФаза

Аденозинтрифосфат
Аденозиндифосфат
Аденозинмонофосфат

АТФазы ( EC 3.6.1.3, А - денозин-5'- трифосфатаза , аденилпирофосфатаза , АТФ-монофосфатаза, трифосфатаза, Т-антиген SV40, АТФ-гидролаза, комплекс V (митохондриальный транспорт электронов), (Ca2 + + Mg2 + )-АТФаза, HCO3 −- АТФаза , аденозинтрифосфатаза) представляют собой класс ферментов , катализирующих разложение АТФ на АДФ и свободный фосфат-ион [1] [2] [3] [4] [5] [6] или обратную реакцию. Эта реакция дефосфорилирования высвобождает энергию , которую фермент ( в большинстве случаев ) использует для запуска других химических реакций , которые в противном случае не произошли бы. Этот процесс широко используется во всех известных формах жизни .

Некоторые из таких ферментов являются интегральными мембранными белками (закрепленными в биологических мембранах ) и перемещают растворенные вещества через мембрану, как правило, против градиента их концентрации. Они называются трансмембранными АТФазами.

Функции

Na + /K + АТФаза

Трансмембранные АТФазы импортируют метаболиты, необходимые для метаболизма клеток , и экспортируют токсины, отходы и растворенные вещества, которые могут препятствовать клеточным процессам. Важным примером является натрий-калиевый насос (Na + /K + АТФаза), который поддерживает потенциал клеточной мембраны . Другим примером является водородно-калиевая АТФаза (H + /K + АТФаза или желудочный протонный насос), которая подкисляет содержимое желудка. АТФаза генетически сохранена у животных; поэтому карденолиды , которые являются токсичными стероидами, вырабатываемыми растениями, которые действуют на АТФазы, делают общие и эффективные животные токсины, которые действуют в зависимости от дозы. [7]

Помимо обменников, другие категории трансмембранной АТФазы включают котранспортеры и насосы (однако некоторые обменники также являются насосами). Некоторые из них, как Na + /K + АТФаза, вызывают чистый поток заряда, но другие этого не делают. Они называются электрогенными транспортерами и электронейтральными транспортерами соответственно. [8]

Структура

Мотивы Уокера являются показательным мотивом белковой последовательности для связывания и гидролиза нуклеотидов. Помимо этой широкой функции, мотивы Уокера можно найти почти во всех природных АТФазах, за исключением тирозинкиназ . [9] Мотивы Уокера обычно образуют спираль Бета-лист -поворот- Альфа , которая самоорганизуется как Гнездо (белковый структурный мотив) . Считается, что это происходит потому, что современные АТФазы произошли от небольших пептидов, связывающих NTP, которые должны были самоорганизоваться. [10]

Белковая конструкция смогла воспроизвести функцию АТФазы (слабо) без использования природных последовательностей или структур АТФазы. Важно отметить, что в то время как все природные АТФазы имеют некоторую структуру бета-листа, разработанная «Альтернативная АТФаза» не имеет структуры бета-листа, что демонстрирует, что эта жизненно важная функция возможна с последовательностями и структурами, не встречающимися в природе. [11]

Механизм

АТФаза (также называемая F 0 F 1 -АТФ-синтазой) представляет собой комплекс переноса заряда, который катализирует АТФ для осуществления синтеза АТФ путем перемещения ионов через мембрану. [12]

Сочетание гидролиза и транспорта АТФ представляет собой химическую реакцию, в которой на каждую гидролизованную молекулу АТФ транспортируется фиксированное количество молекул растворенного вещества; для Na + /K + -обменника это три иона Na + из клетки и два иона K+ внутрь на каждую гидролизованную молекулу АТФ.

Трансмембранные АТФазы используют химическую потенциальную энергию АТФ, выполняя механическую работу: они транспортируют растворенные вещества в направлении, противоположном их термодинамически предпочтительному направлению движения, то есть со стороны мембраны с низкой концентрацией на сторону с высокой концентрацией. Этот процесс называется активным транспортом .

Например, ингибирование везикулярных H + -АТФаз приведет к повышению pH внутри везикул и снижению pH цитоплазмы.

Все АТФазы имеют общую базовую структуру. Каждая роторная АТФаза состоит из двух основных компонентов: F 0 /A 0 /V 0 и F 1 /A 1 /V 1 . Они соединены 1-3 стеблями для поддержания стабильности, контроля вращения и предотвращения вращения в другом направлении. Один стебель используется для передачи крутящего момента. [13] Количество периферических стеблей зависит от типа АТФазы: у F-АТФаз один, у A-АТФаз два, а у V-АТФаз три. Каталитический домен F 1 расположен на N-стороне мембраны и участвует в синтезе и деградации АТФ, а также участвует в окислительном фосфорилировании . Трансмембранный домен F 0 участвует в перемещении ионов через мембрану. [12]

Бактериальная F 0 F 1 -АТФаза состоит из растворимого домена F 1 и трансмембранного домена F 0 , который состоит из нескольких субъединиц с различной стехиометрией. Есть две субъединицы, γ и ε, которые образуют центральный стебель, и они связаны с F 0 . F 0 содержит олигомер c-субъединицы в форме кольца (c-кольцо). Субъединица α близка к субъединице b 2 и составляет стебель, который соединяет трансмембранные субъединицы с субъединицами α3β3 и δ. F-АТФ-синтазы идентичны по внешнему виду и функции, за исключением митохондриальной F 0 F 1 -АТФ-синтазы, которая содержит 7-9 дополнительных субъединиц. [12]

Электрохимический потенциал заставляет c-кольцо вращаться по часовой стрелке для синтеза АТФ. Это заставляет центральный стебель и каталитический домен менять форму. Вращение c-кольца приводит к образованию трех молекул АТФ, что затем заставляет H + перемещаться с P-стороны мембраны на N-сторону мембраны. Вращение c-кольца против часовой стрелки обусловлено гидролизом АТФ, и ионы перемещаются с N-стороны на P-сторону, что помогает создать электрохимический потенциал. [12]

Трансмембранные АТФ-синтазы

АТФ -синтаза митохондрий и хлоропластов — это анаболический фермент, который использует энергию трансмембранного протонного градиента в качестве источника энергии для присоединения неорганической фосфатной группы к молекуле аденозиндифосфата (АДФ) с образованием молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) .

Этот фермент работает, когда протон движется вниз по градиенту концентрации, придавая ферменту вращательное движение. Это уникальное вращательное движение связывает АДФ и Р вместе, создавая АТФ.

АТФ-синтаза может также функционировать в обратном направлении, то есть использовать энергию, высвобождаемую при гидролизе АТФ, для перекачивания протонов против их электрохимического градиента.

Классификация

Существуют различные типы АТФаз, которые могут различаться по функциям (синтез и/или гидролиз АТФ), структуре (F-, V- и A-АТФазы содержат вращающиеся двигатели) и типу ионов, которые они транспортируют.

P-АТФаза

P-АТФазы (иногда известные как E1-E2 АТФазы) встречаются в бактериях, а также в эукариотических плазматических мембранах и органеллах. Их название связано с кратковременным присоединением неорганического фосфата к остаткам аспартата во время активации. Функция P-АТФазы заключается в транспортировке различных соединений, таких как ионы и фосфолипиды, через мембрану с использованием гидролиза АТФ для получения энергии. Существует много различных классов P-АТФаз, которые транспортируют определенный тип ионов. P-АТФазы могут состоять из одного или двух полипептидов и обычно могут принимать две основные конформации: E1 и E2.

Гены человека

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Гейдер К, Хоффманн-Берлинг Х (1981). «Белки, контролирующие спиральную структуру ДНК». Annual Review of Biochemistry . 50 : 233–60. doi :10.1146/annurev.bi.50.070181.001313. PMID  6267987.
  2. ^ Kielley WW (1961). «Миозин аденозинтрифосфатаза». В Boyer PD, Lardy H, Myrbäck K (ред.). Ферменты . Т. 5 (2-е изд.). Нью-Йорк: Academic Press. С. 159–168.
  3. ^ Мартин СС, старший AE (ноябрь 1980 г.). «Активность мембранной аденозинтрифосфатазы в поджелудочной железе крысы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 602 (2): 401–18. doi :10.1016/0005-2736(80)90320-x. PMID  6252965.
  4. ^ Njus D, Knoth J, Zallakian M (1981). «Протон-связанный транспорт в хромаффинных гранулах». Current Topics in Bioenergetics . 11 : 107–147. doi :10.1016/B978-0-12-152511-8.50010-4.
  5. ^ Райли МВ, Питерс МИ (июнь 1981). «Локализация активности анион-чувствительной АТФазы в эндотелии роговицы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 644 (2): 251–6. doi :10.1016/0005-2736(81)90382-5. PMID  6114746.
  6. ^ Tjian R (1981). "Регулирование вирусной транскрипции и репликации ДНК большим антигеном T SV40". Current Topics in Microbiology and Immunology . 93 : 5–24. doi :10.1007/978-3-642-68123-3_2. ISBN 978-3-642-68125-7. PMID  6269805.
  7. ^ Dobler S, Dalla S, Wagschal V, Agrawal AA (август 2012 г.). «Конвергентная эволюция в масштабах сообщества при адаптации насекомых к токсичным карденолидам путем замен в Na,K-АТФазе». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (32): 13040–5. doi : 10.1073/pnas.1202111109 . PMC 3420205. PMID  22826239 . 
  8. ^ "3.2: Транспорт в мембранах". Biology LibreTexts . 21 января 2017 г. Получено 28 июля 2022 г.
  9. ^ Walker JE, Saraste M, Runswick MJ, Gay NJ (1982). «Отдаленно связанные последовательности в альфа- и бета-субъединицах АТФ-синтазы, миозина, киназ и других ферментов, требующих АТФ, и общая нуклеотидная связывающая складка». EMBO J . 1 (8): 945–51. doi :10.1002/j.1460-2075.1982.tb01276.x. PMC 553140 . PMID  6329717. 
  10. ^ Romero Romero ML, Yang F, Lin YR, Toth-Petroczy A, Berezovsky IN, Goncearenco A и др. (декабрь 2018 г.). «Простые, но функциональные белки фосфатной петли». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (51): E11943–E11950. doi : 10.1073/pnas.1812400115 . PMC 6304952. PMID  30504143 . 
  11. ^ Wang M, Hecht MH (август 2020 г.). «Полностью De Novo АТФаза из комбинаторного белкового дизайна». Журнал Американского химического общества . 142 (36): 15230–15234. doi :10.1021/jacs.0c02954. PMID  32833456.
  12. ^ abcd Calisto F, Sousa FM, Sena FV, Refojo PN, Pereira MM (февраль 2021 г.). «Механизмы передачи энергии с помощью мембранных белков, перемещающих заряд». Chemical Reviews . 121 (3): 1804–1844. doi : 10.1021/acs.chemrev.0c00830 . PMID  33398986.
  13. ^ Hahn A, Parey K, Bublitz M, Mills DJ, Zickermann V, Vonck J, et al. (август 2016 г.). «Структура полного димера АТФ-синтазы раскрывает молекулярную основу морфологии внутренней митохондриальной мембраны». Molecular Cell . 63 (3): 445–456. doi : 10.1016/j.molcel.2016.05.037 . PMC 4980432 . PMID  27373333. 
  14. ^ Stewart AG, Laming EM, Sobti M, Stock D (апрель 2014). «Вращающиеся АТФазы — динамические молекулярные машины». Current Opinion in Structural Biology . 25 : 40–8. doi : 10.1016/j.sbi.2013.11.013 . PMID  24878343.
  15. ^ Kühlbrandt W, Davies KM (январь 2016 г.). «Вращающиеся АТФазы: новый поворот в древней машине». Trends in Biochemical Sciences . 41 (1): 106–116. doi :10.1016/j.tibs.2015.10.006. PMID  26671611.
  16. ^ Watanabe R, Noji H (апрель 2013 г.). «Хемомеханический механизм сопряжения F(1)-АТФазы: катализ и генерация крутящего момента». FEBS Letters . 587 (8): 1030–1035. doi :10.1016/j.febslet.2013.01.063. PMID  23395605.
  17. ^ Диброва ДВ, Гальперин МЮ, Мулкиджанян АЮ (июнь 2010). "Характеристика N-АТФазы, особой, латерально переносимой Na+-транслоцирующей формы бактериальной мембранной АТФазы F-типа". Биоинформатика . 26 (12): 1473–1476. doi : 10.1093/bioinformatics/btq234 . PMC 2881411 . PMID  20472544. 
  18. ^ Knowles AF (март 2011 г.). «Суперсемейство GDA1_CD39: NTPDases с разнообразными функциями». Purinergic Signalling . 7 (1): 21–45. doi :10.1007/s11302-010-9214-7. PMC 3083126. PMID  21484095 . 

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Аденозинтрифосфатазы .