La sintesi di ATP
• Come Come fa il grad gradie ient nte e pro proto toni nico co ad esse essere re tras trasfr from omat ato o in ATP ATP? ? • Ab Abbi biam amo o vist visto o com come e il gra gradi dien ente te pro proto toni nico co conserva, infine, circa 200kJ per mole di elettroni che fluiscono e per la sintesi di ATP ATP ne occ occor orrn rno o circ circa a 50. 50. • Quin Quindi di l’en l’ener ergi gia a del del grad gradie ient nte e prot proton onic ico o viene accoppiata alla sintesi di ATP
• L’ATP sintasi è un enzima molto grande ed è chiamato complesso V. • E’ composta di due componenti: Fo e F1 • La prima è una proteina integrale di membrana, la seconda è invece una proteina estrinseca. • La “o” di Fo significa oligomicina a cui questa componente è sensibile • La F1 isolata catalizza l’idrolisi di ATP
Struttura del complesso F1: contiene 3 subunità alfa e 3 subunità beta insieme ad una centrale gamma.
Struttura cristallografica di F1: si vede in giallo il sito di legame per l’ADP in rosso quello per l’ATP. (qui si vedono solo 2 subunità alfa e una beta
Visione dall’alto
In ciascuna subunità beta vicino alla sua interfaccia con l’alfa si trova il sito di legame con il nucleotide critico all’attività catalitica.
Il complesso Fo forma il poro per i protoni ed è composto di una subunità a, due d, 10-12c. C’è poi una subunità epsilon che si connette con la gamma del complesso F1.
Matrice
Spazio intermembrana
matrice
intermembrana
• Boyer propose un meccanismo nel quale tre sti della subunità F1 “girano” e catalizzano la sintesi di ATP • Un certa subunità β inizia e si trova legata in una certa conformazione all’ADP e il P. La subunità a questo punto cambia conformazione assume la conformazione βATP che lega e stabilizza l’ATP sulla sua superficie. • Infine la subunità cambia ancora conformazione e diviene β-vuota e rilascia ATP
• I cambiamenti conformazionali sono alla base di questo meccanismo e vengono guidati dal passaggio di protoni attarverso la subunità Fo che provocano nel cilindro formato dalle subunità c e legate alla subunità γ dell’F1una rotazione lungo l’asse della subunità γ. La subunità γ è inserita all’interno delle altre subunità di F1, ruotando essa si trova a contatto con differenti subunità β ed è questo contatto che forza la subunità a cambiare conformazione e a divenire β-vuota. • Le subunità β interagiscono in maniera tale che quando una è vuota l’altra deve essere legata all’ADP e l’altra ancora all’ATP.
• La rotazione delle subunità è stata dimostrata legando alle subunità c un frammento di actina fluorescente
http://www.grahamj.com/fivth2.ht ml
Mitochondrial ATP Synthase E. coli ATP Synthase These images depicting models of ATP Synthase subunit structure were provided by John Walker. Some equivalent subunits from different organisms have different names.
Proposed "rotor": the ring of 10 c subunits, plus the central stalk • γ γ & ε in E. coli • γ γ, δ, & ε in mitochondria. E. coli ε (mito. δ) helps attach γ γ to the rotating ring of c subunits.
Mitochondrial F1Fo
E. coli
F1Fo
In some bacteria a portion of ε has an added role inhibiting the reverse rotation that accompanies ATP hydrolysis. A separate inhibitory peptide in mitochondria prevents F1Fo from hydrolyzing ATP when there is no H+ gradient to drive ATP synthesis, e.g., under anoxic conditions.
Mitochondrial F1Fo
E. coli
F1Fo
The proposed "stator" consists of the 3α & 3β F1 subunits, a subunit of Fo, & a peripheral stalk that connects these. The peripheral stalk consists of 2b & δ in E. coli or subunits b, d, F6, & OSCP in bovine mitochondria.
The b subunit includes a membrane anchor, 1 transmembrane α-helix in E. coli; 2 in mammalian F1Fo, that interacts with the intramembrane a subunit. A polar α-helical domain of b extends out from the membrane.
Mitochondrial F1Fo
E. coli
F1Fo
OSCP, homologous to E. coli δ, interacts with the end of the b subunit & with the distal end of an F1 α subunit. This linkage, plus interactions of b with residues on F1, are postulated to hold back the ring of α & β subunits, keeping it from rotating along with the central stalk.
The a subunit of Fo (271 amino acid residues in E. coli ) is predicted from hydropathy plots, to include several transmembrane α-helices. It has been proposed that the intramembrane a subunit contains 2 half-channels or proton wires (each a series of protonatable groups or embedded waters), that allow passage of protons between the two membrane surfaces & the bilayer interior.
+
H
a subunit
ring of c subunits +
H
• http://www.grahamj.com/fivth2.html • • http://www.molecularmovies.com/showcase/inde x.html • • http://www.mrc-mbu.cam.ac.uk/research/atpsynthase • • http://telstar.ote.cmu.edu/biology/animation/ATP Synthesis/ATPSynthesis_bc.html
