揭示了蛋白質(zhì)氮烯烴的結(jié)構(gòu)

細(xì)胞依賴于稱為ATP合成酶或ATP酶的蛋白質(zhì)復(fù)合物來滿足其能量需求。三磷酸腺苷(ATP)分子為維持生命的大部分過程提供動(dòng)力。結(jié)構(gòu)生物學(xué)家Leonid Sazanov教授和他位于奧地利Klosterneuburg的奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(IST奧地利)的研究小組現(xiàn)已確定了V / A-ATPase家族代表的第一個(gè)原子結(jié)構(gòu)，填補(bǔ)了這些必不可少的分子機(jī)器的進(jìn)化樹。使用最新的低溫電子顯微鏡方法獲得的這些結(jié)果揭示了渦輪機(jī)或水磨機(jī)類似的酶結(jié)構(gòu)，并且現(xiàn)已發(fā)表在Science雜志上。

旋轉(zhuǎn)動(dòng)力

ATP合酶/ ATP酶是大膜蛋白復(fù)合物，其具有總體建筑計(jì)劃和旋轉(zhuǎn)催化機(jī)制。該蛋白質(zhì)家族包括在線粒體(細(xì)胞的動(dòng)力工廠)中發(fā)現(xiàn)的F型酶，葉綠體(在植物中進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器)和細(xì)菌; V(空泡)型存在于真核生物(具有細(xì)胞核的高等生物)和A(古細(xì)菌)類型的細(xì)胞內(nèi)區(qū)室中，在原核生物 - 古細(xì)菌(古老的微生物)和一些細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)。

不同口味的ATP酶

F-和A-型酶通常起到產(chǎn)生ATP的作用，由質(zhì)子流穿過膜驅(qū)動(dòng)。V型酶通常反向工作，使用ATP泵送質(zhì)子。V-和A-ATP酶在結(jié)構(gòu)上相似，但它們與F-型不同，具有兩個(gè)或三個(gè)外周莖和V1和Vo之間的另外的連接蛋白亞基。V型酶可能是從A型進(jìn)化而來的，由于這些相似性，A型也被稱為V / A-ATP酶。一些細(xì)菌，包括Thermus thermophilus，獲得了A型酶。IST奧地利Sazanov研究小組的博士后龍周已經(jīng)通過cryo-EM純化和研究了這種酶(ThV1Vo)。與F型相反，對(duì)于V型ATP酶，僅預(yù)先確定了分離的V1和Vo結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)。因此不知道V1如何與Vo耦合，并且缺乏關(guān)于完整催化循環(huán)的知識(shí)。

可塑性和競(jìng)爭(zhēng)力

科學(xué)家們使用最近在該技術(shù)所謂的“分辨率革命”中開發(fā)的冷凍電子顯微鏡方法，確定了整個(gè)ThV1Vo酶的五種結(jié)構(gòu)，但總共有五種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)代表酶的幾種構(gòu)象狀態(tài)，不同之處在于定子內(nèi)轉(zhuǎn)子的位置。ThV1Vo的全局構(gòu)象可塑性顯示為在從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的過渡中空間中大量的V1擺動(dòng)。這是彎曲的中心轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和定子的剛度之間的機(jī)械競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。V1-Vo耦合是通過軸與V型特定子單元之間的緊密結(jié)構(gòu)和靜電匹配實(shí)現(xiàn)的，將其連接到C形環(huán)。

為何更復(fù)雜?

而不是F型酶的單個(gè)外周莖，諸如ThV1Vo的A型具有兩個(gè)外周莖，而真核V型具有三個(gè)。但是，已經(jīng)非常大的蛋白質(zhì)組裝的額外復(fù)雜性以及連接V1和Vo的額外亞基的優(yōu)勢(shì)是什么?F1 / V1結(jié)構(gòu)域具有三重對(duì)稱性，因此在F1 / V1內(nèi)定子的每120°旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生(或消耗)一個(gè)ATP分子。Leonid Sazanov教授說：“在V / A-ATP酶中，這一步是一次性120°旋轉(zhuǎn)，與F-ATP合酶相反，它分為幾個(gè)子步驟。因此，ThV1Vo可能需要更大的可塑性。為了將V1中的這120°步驟與Vo c12環(huán)中每c子單元的較小步驟相連接，這種額外的靈活性可以通過附加的外圍桿和連接子單元在V型中提供。