Большинство бактерий, а также митохондрии и хлоропласты содержат родственные АТРазы F1F0 - типа, которые используют трансмембранный протонный электрохимический градиент для синтеза АТР из ADP и неорганического фосфата. В физиологических условиях эти ферменты являются АТР-синтазами. Они содержат от 8 (е. coli) до 13 (митохондрии сердца быка) различных субъединиц и, таким образом, являются гораздо более сложными структурами, чем АТРазы E1E2-типa из плазматических мембран. АТРазы F1F0-типа состоят из двух частей:

1) гидрофильного глобулярного F1-комплекса, содержащего места связывания нуклеотидов и функционирующего в качестве АТРазы, и 2) мембраносвязанного F0 - комплекса, который функционирует как Н+ - проводящий канал. F1 - и F0 - комплексы могут отсоединяться друг от друга, а после очистки их можно реконструировать с восстановлением функциональной активности.

F1-комплекс из Е. coli содержит пять субъединиц в стехиометрии aifiiybe. Между тремя парами в составе F1 наблюдается асимметрия, возникающая, по всей вероятности, в результате асимметричных взаимодействий с другими субъединицами. В составе каждого комплекса имеется по три каталитических центра, и для быстрого оборота фермента необходимо, чтобы АТР был связан более чем с одним местом связывания. Для объяснения механизма катализа были построены различные модели с чередованием мест связывания, в частности модель, согласно которой в ходе катализа происходит физическое вращение частей фермента.

F0-комплекс из фермента Е. coli устроен достаточно просто, он содержит только три субъединицы в стехиометрии a1b2c10. Все эти субъединицы необходимы для формирования Н+ - проводящего канала. Остается неясным, можно ли рассматривать F0 как канал в том смысле, как мы его понимаем в этой главе. Полагают, что Н+ - проводящая часть F0 образована α-спиралями из множественных копий γ - субъедииицы. По всей вероятности, эта субъединица содержит пять трансмембранных α - спиралей, в то время как а - и b - субъединицы - по одной. Результаты, полученные с помощью генетических методов, согласуются с предположением, согласно которому погруженные в мембрану части всех трех субъединиц играют важную роль в обеспечении протонной проводимости.

Изучение этой системы показывает нам, сколь успешным может быть применение генетических методов для исследования строения мембранных белков, для которых отсутствуют кристаллографические данные высокого разрешения. Очень важно выяснить, приводит ли замена единственной аминокислоты в таком белке к конформационным изменениям, которые скажутся на катализе. По-видимому, результат такой замены сильно зависит от природы переносчика. Например, как мы уже обсуждали, очень обнадеживающими в этом отношении являются данные, полученные для лактозопермеазы. Очевидно, в следующем десятилетии в изучении взаимосвязи между структурой и функцией мембранных белков главную роль будут играть различные генетические методы, в частности направленный мутагенез.

Рассмотрим результаты, полученные к настоящему времени для F1F0 - ATPaзы из Е. coli.

1. Наличие многочисленных мутантных форм позволяет идентифицировать участок, являющийся, по всей вероятности, каталитическим нуклеотидсвязывающим доменом. Исследование мутантных форм показало также, что между α - и β - субъединицами имеется конформационное сопряжение.

2. Показано, что мутантные формы неспособны к сопряжению транспорта Н+ с катализируемой комплексом F1, АТРазной активностью, а также к связыванию комплексов F1, и F0.

3. Показано, что определенные аминокислотные остатки в субъединицах а, b и γ опосредуют протонную проницаемость; имеющиеся генетические данные позволяют предположить, что субъединица b непосредственно контактирует в мембране с субъединицами а и γ.

Связаны ли все эти явления с локальными или глобальными конформационными изменениями, покажут дальнейшие исследования. Пока же мы не может сказать определенно, как происходит сопряжение гидролиза АТР и транспорта Н+ при работе АТРазы F1F0-типа, а также с чем связана протонная проводимость.

Это интересно:

Значение термина эволюция. Основные атрибуты эволюции
Когда-то эволюцией называли развертывание какой-то программы (в современном понимании – преформизм). Ее противопоставляли: 1) эпигенезу – развитию с новообразованием, 2) революции 3) обратимому развитию, 4) регрессивному развитию (ин- или ...

Неравновесные процессы и открытые системы
Кристаллы - упорядоченные равновесные структуры. В природе существуют и иные упорядоченные структуры, которые возникают в диссипативных системах. Диссипативная система является подсистемой больших неравновесных термодинамических систем. ...

Клеточная теория, история и современное состояние, ее значение для биологии и медицины
Клеточная теория – одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве ...