АТФаза
Аденозинтрифосфатаза | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Номер ЕС. | 3.6.1.3 | ||
Номер CAS. | 9000-83-3 | ||
Базы данных | |||
ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
КЕГГ | КЕГГ запись | ||
МетаЦик | метаболический путь | ||
ПРЯМОЙ | профиль | ||
PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
|
АТФазы ( EC 3.6.1.3 , А денозин-5' - Трифосфатаза аденилпирофосфатаза , - , АТФ-монофосфатаза, трифосфатаза, Т-антиген SV40, АТФ-гидролаза, комплекс V (митохондриальный транспорт электронов), (Ca 2+ + Мг 2+ )-АТФаза, HCO 3 − аденозинтрифосфатаза) — класс ферментов , катализирующих распад АТФ . АДФ на -АТФаза , и свободный фосфат-ион [1] [2] [3] [4] [5] [6] или обратная реакция. 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 такие ферменты представляют собой интегральные мембранные белки (закрепленные внутри биологических мембран ) и перемещают растворенные вещества через мембрану, обычно против градиента их концентрации. Их называют трансмембранными АТФазами.
Функции
[ редактировать ]Трансмембранные АТФазы импортируют метаболиты, необходимые для клеточного метаболизма , и экспортируют токсины, отходы и растворенные вещества, которые могут препятствовать клеточным процессам. Важным примером является натриево-калиевый насос (Na + /К + АТФаза), которая поддерживает потенциал клеточной мембраны . Другой пример - водородно-калиевая АТФаза (H + /К + АТФаза или желудочный протонный насос), подкисляющий содержимое желудка. АТФаза генетически консервативна у животных; следовательно, карденолиды , которые представляют собой токсичные стероиды, вырабатываемые растениями и действующими на АТФазы, образуют общие и эффективные токсины для животных, действующие в зависимости от дозы. [7]
Помимо обменников, другие категории трансмембранных АТФаз включают котранспортеры и насосы (однако некоторые обменники также являются насосами). Некоторые из них, например Na + /К + АТФаза вызывает чистый поток заряда, а другие этого не делают. Их называют электрогенными транспортерами и электронейтральными транспортерами соответственно. [8]
Структура
[ редактировать ]Мотивы Уокера представляют собой характерный мотив белковой последовательности для связывания и гидролиза нуклеотидов. Помимо этой широкой функции, мотивы Уокера можно обнаружить почти во всех природных АТФазах, за заметным исключением тирозинкиназ . [9] Мотивы Уокера обычно образуют спираль Бета-лист -поворот- Альфа , которая самоорганизуется как гнездо (структурный мотив белка) . Считается, что это связано с тем, что современные АТФазы произошли от небольших NTP-связывающих пептидов, которые должны были самоорганизоваться. [10]
Дизайн белка позволил воспроизвести функцию АТФазы (слабо) без использования природных последовательностей или структур АТФазы. Важно отметить, что хотя 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
[ редактировать ]АТФаза (также называемая F 0 F 1 -АТФ-синтаза) 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 переносится фиксированное количество молекул растворенного вещества; для На + /К + обменник, это три Na + ионы из клетки и два иона К+ внутри на молекулу АТФ гидролизуются.
Трансмембранные АТФазы используют химическую потенциальную энергию АТФ, совершая 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 везикулярного H + -АТФазы приводят к повышению pH внутри везикул и снижению pH цитоплазмы.
Все АТФазы имеют общую базовую структуру. Каждая ротационная АТФаза состоит из двух основных компонентов: F 0 /A 0 /V 0 и F 1 /A 1 /V 1 . Их соединяют 1-3 стебля для сохранения устойчивости, контроля вращения и предотвращения вращения в другую сторону. Один рычаг используется для передачи крутящего момента. [13] Количество периферических стеблей зависит от типа АТФазы: F-АТФазы — одна, А-АТФазы — две, V-АТФазы — 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 связаны с F 0 . F 0 содержит олигомер c-субъединицы в форме кольца (c-кольца). Субъединица α близка к субъединице b 2 и составляет ножку, соединяющую трансмембранные субъединицы с субъединицами α3β3 и δ. F-АТФ-синтазы идентичны по внешнему виду и функциям, за исключением митохондриальной F 0 F 1 -АТФ-синтазы, которая содержит 7-9 дополнительных субъединиц. [12]
Электрохимический потенциал — это то, что заставляет c-кольцо вращаться по часовой стрелке для синтеза АТФ. Это приводит к изменению формы центрального стебля и каталитического домена. Вращение c-кольца приводит к образованию трех молекул АТФ, что затем вызывает H + перемещаться с P-стороны мембраны на N-сторону мембраны. Вращение c-кольца против часовой стрелки обусловлено гидролизом АТФ, и ионы перемещаются со стороны N на сторону P, что помогает создать электрохимический потенциал. [12]
Трансмембранные АТФ-синтазы
[ редактировать ]АТФ -синтаза митохондрий и фермент, который использует хлоропластов представляет собой анаболический энергию трансмембранного протонного градиента в качестве источника энергии для добавления 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, образуя АТФ.
АТФ-синтаза может также действовать и наоборот, то есть использовать энергию, выделяемую при гидролизе АТФ, для перекачки протонов против их электрохимического градиента.
Классификация
[ редактировать ]Существуют разные типы АТФаз, которые могут различаться по функциям (синтез и/или гидролиз АТФ), структуре (F-, V- и А-АТФазы содержат вращательные двигатели) и типу ионов, которые они транспортируют.
- Роторные АТФазы [14] [15]
- F-АТФазы (F1FO-АТФазы) в митохондриях , хлоропластах и бактериальных плазматических мембранах являются основными производителями АТФ, используя протонный градиент, создаваемый окислительным фосфорилированием (митохондрии) или фотосинтезом (хлоропласты). [16]
- F-АТФазы, лишенные субъединицы дельта/OSCP, вместо этого перемещают ионы натрия. Их предлагается называть N-АТФазами , поскольку они, по-видимому, образуют отдельную группу, которая дальше отличается от обычных F-АТФаз, чем А-АТФазы от V-АТФаз. [17]
- V-АТФазы (V1VO-АТФазы) в основном обнаруживаются в эукариотических вакуолях, катализируя гидролиз АТФ для транспорта растворенных веществ и снижения pH в органеллах, таких как протонный насос лизосомы.
- А-АТФазы (А1АО-АТФазы) обнаружены у архей и некоторых экстремофильных бактерий. Они устроены подобно V-АТФазам, но функционируют, как F-АТФазы, главным образом как АТФ-синтазы.
- Существует множество гомологов, которые не обязательно являются вращающимися. См. АТФ-синтаза § Эволюция .
- F-АТФазы (F1FO-АТФазы) в митохондриях , хлоропластах и бактериальных плазматических мембранах являются основными производителями АТФ, используя протонный градиент, создаваемый окислительным фосфорилированием (митохондрии) или фотосинтезом (хлоропласты). [16]
- P-АТФазы (E1E2-АТФазы) обнаружены в бактериях, грибах, а также в плазматических мембранах и органеллах эукариот и выполняют функцию транспорта различных ионов через мембраны.
- Е-АТФазы представляют собой клеточной поверхности ферменты , которые гидролизуют ряд NTP, включая внеклеточный АТФ. Примеры включают экто-АТФазы, CD39 и экто-АТФ/Дазы, все из которых являются членами суперсемейства « GDA1 CD39 ». [18]
- Белки ААА представляют собой семейство с Р-петлей НТФаз в форме кольца .
P-АТФаза
[ редактировать ]P-АТФазы (иногда известные как АТФазы E1-E2) обнаружены у бактерий, а также в плазматических мембранах и органеллах эукариот. Его 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 множество различных классов Р-АТФаз, которые транспортируют ионы определенного типа. Р-АТФазы могут состоять из одного или двух полипептидов и обычно могут иметь две основные конформации: Е1 и Е2.
Человеческие гены
[ редактировать ]- Уже + /К + транспортируют : АТФ1А1 , АТФ1А2 , АТФ1А3 , АТФ1А4 , АТФ1В1 , АТФ1В2 , АТФ1В3 , АТФ1В4.
- Что ++ транспортируют : АТФ2А1 , АТФ2А2 , АТФ2А3 , АТФ2В1 , АТФ2В2 , АТФ2В3 , АТФ2В4 , АТФ2С1 , АТФ2С2.
- мг ++ транспортировка : АТФ3
- ЧАС + /К + обмен : ATP4A
- ЧАС + транспортирующие, митохондриальные : ATP5A1 , ATP5B , ATP5C1 , ATP5C2 , ATP5D , ATP5E , ATP5F1 , ATP5G1 , ATP5G2 , ATP5G3 , ATP5H , ATP5I , ATP5J , ATP5J2 , ATP5L , ATP5L2 , , ATP5O , ТП5С , МТ-АТП6 АТП8 МТ-
- ЧАС + транспортирующие, лизосомальные : ATP6AP1 , ATP6AP2 , ATP6V1A , ATP6V1B1 , ATP6V1B2 , ATP6V1C1 , ATP6V1C2 , ATP6V1D , ATP6V1E1 , ATP6V1E2 , ATP6V1F , ATP6V1G1 , ATP6V1G2 , 6V1G3 , ATP6V1H , ATP6V0A1 , ATP6V0A2 , ATP6V0A4 , ATP6V0B , ATP6V0C , ATP6V0D1 , ATP6V0D2 , ATP6V0E
- С ++ транспортировка: ATP7A , ATP7B
- Класс I, тип 8: ATP8A1 , ATP8B1 , ATP8B2 , ATP8B3 , ATP8B4.
- Класс II, тип 9: ATP9A , ATP9B
- Класс V, тип 10: ATP10A , ATP10B , ATP10D
- Класс VI, тип 11: ATP11A , ATP11B , ATP11C.
- ЧАС + /К + транспортирующий, внежелудочный: ATP12A
- тип 13: АТФ13А1 , АТФ13А2 , АТФ13А3 , АТФ13А4 , АТФ13А5
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гейдер К., Хоффманн-Берлинг Х (1981). «Белки, контролирующие спиральную структуру ДНК». Ежегодный обзор биохимии . 50 : 233–60. дои : 10.1146/annurev.bi.50.070181.001313 . ПМИД 6267987 .
- ^ Килли WW (1961). «Миозин-аденозинтрифосфатаза». В Бойер П.Д., Ларди Х., Мирбек К. (ред.). Ферменты . Том. 5 (2-е изд.). Нью-Йорк: Академическая пресса. стр. 159–168.
- ^ Мартин С.С., старший AE (ноябрь 1980 г.). «Активность мембранной аденозинтрифосфатазы в поджелудочной железе крыс». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 602 (2): 401–18. дои : 10.1016/0005-2736(80)90320-x . ПМИД 6252965 .
- ^ Ньюс Д., Нот Дж., Заллакян М. (1981). «Протон-связанный транспорт в хромаффинных гранулах». Актуальные темы биоэнергетики . 11 : 107–147. дои : 10.1016/B978-0-12-152511-8.50010-4 .
- ^ Райли М.В., Питерс М.И. (июнь 1981 г.). «Локализация анион-чувствительной АТФазы в эндотелии роговицы». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 644 (2): 251–6. дои : 10.1016/0005-2736(81)90382-5 . ПМИД 6114746 .
- ^ Тцзян Р. (1981). «Регуляция вирусной транскрипции и репликации ДНК с помощью большого Т-антигена SV40». Актуальные темы микробиологии и иммунологии . 93 : 5–24. дои : 10.1007/978-3-642-68123-3_2 . ISBN 978-3-642-68125-7 . ПМИД 6269805 .
- ^ Доблер С., Далла С., Вагшал В., Агравал А.А. (август 2012 г.). «Конвергентная эволюция в масштабах сообщества в адаптации насекомых к токсичным карденолидам путем замен в Na,K-АТФазе» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (32): 13040–5. дои : 10.1073/pnas.1202111109 . ПМК 3420205 . ПМИД 22826239 .
- ^ «3.2: Транспорт в мембранах» . Свободные тексты по биологии . 21 января 2017 года . Проверено 28 июля 2022 г.
- ^ Уокер Дж. Э., Сарасте М., Рансуик М. Дж., Гей, Нью-Джерси (1982). «Отдаленно родственные последовательности в альфа- и бета-субъединицах АТФ-синтазы, миозина, киназ и других АТФ-требующих ферментов и общая складка, связывающая нуклеотиды» . ЭМБО Дж . 1 (8): 945–51. дои : 10.1002/j.1460-2075.1982.tb01276.x . ПМК 553140 . ПМИД 6329717 .
- ^ Ромеро Ромеро М.Л., Ян Ф., Лин Ю.Р., Тот-Петрочи А., Березовский И.Н., Гончаренко А. и др. (декабрь 2018 г.). «Простые, но функциональные белки с фосфатной петлей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (51): Е11943–Е11950. дои : 10.1073/pnas.1812400115 . ПМК 6304952 . ПМИД 30504143 .
- ^ Ван М., Хехт М.Х. (август 2020 г.). «Полностью АТФаза De Novo из комбинаторного дизайна белков». Журнал Американского химического общества . 142 (36): 15230–15234. дои : 10.1021/jacs.0c02954 . ПМИД 32833456 .
- ^ Jump up to: а б с д Калисто Ф., Соуза Ф.М., Сена Ф.В., Рефохо П.Н., Перейра М.М. (февраль 2021 г.). «Механизмы передачи энергии мембранными белками, переносящими заряд» . Химические обзоры . 121 (3): 1804–1844. doi : 10.1021/acs.chemrev.0c00830 . ПМИД 33398986 .
- ^ Хан А., Пари К., Бублиц М., Миллс Д.Д., Цикерманн В., Вонк Дж. и др. (август 2016 г.). «Структура полного димера АТФ-синтазы раскрывает молекулярную основу морфологии внутренней митохондриальной мембраны» . Молекулярная клетка . 63 (3): 445–456. doi : 10.1016/j.molcel.2016.05.037 . ПМЦ 4980432 . ПМИД 27373333 .
- ^ Стюарт А.Г., Лэминг Э.М., Собти М., Сток Д. (апрель 2014 г.). «Вращающиеся АТФазы — динамические молекулярные машины» . Современное мнение в области структурной биологии . 25 : 40–8. дои : 10.1016/j.sbi.2013.11.013 . ПМИД 24878343 .
- ^ Кюльбрандт В., Дэвис К.М. (январь 2016 г.). «Вращающиеся АТФазы: новый поворот в древней машине». Тенденции биохимических наук . 41 (1): 106–116. дои : 10.1016/j.tibs.2015.10.006 . ПМИД 26671611 .
- ^ Ватанабэ Р., Нодзи Х. (апрель 2013 г.). «Хемомеханический механизм сцепления F (1)-АТФазы: катализ и генерация крутящего момента». Письма ФЭБС . 587 (8): 1030–1035. дои : 10.1016/j.febslet.2013.01.063 . ПМИД 23395605 .
- ^ Диброва Д.В., Гальперин М.Ю., Мулкиджанян А.Ю. (июнь 2010). «Характеристика N-АТФазы, отдельной, латерально переносимой Na+-транслоцирующей формы бактериальной мембранной АТФазы F-типа» . Биоинформатика . 26 (12): 1473–1476. doi : 10.1093/биоинформатика/btq234 . ПМЦ 2881411 . ПМИД 20472544 .
- ^ Ноулз А.Ф. (март 2011 г.). «Суперсемейство GDA1_CD39: NTPDазы с разнообразными функциями» . Пуринергическая сигнализация . 7 (1): 21–45. дои : 10.1007/s11302-010-9214-7 . ПМЦ 3083126 . ПМИД 21484095 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «АТФ-синтаза – великолепная молекулярная машина»
- АТФаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Электронно-микроскопические структуры АТФаз из Банка данных EM (EMDB)