Aktualiziert 08. Februar 2004
ATP-Synthase Schwerpunkte
- Ein konservierter saurer Aminosäurerest in der c-Untereinheit:
ist er wasserzugänglich?
Der konservierte, für den Protonentransport durch Fo
notwendige Glu (oder Asp, in E. coli und einigen anderen Bakterien)
Aminosäurerest liegt in der zweiten transmembranen Alpha-Helix der
c-Untereinheit. Die Daten für E. coli-Enzyme
zeigen, dass dieser konservierte Aminosäurerest sich tief in der
Lipid-Doppelschicht befindet und von beiden Wasserphasen isoliert ist.
Aber die mit P. modestum erhaltenen experimentellen Daten
zeigen, dass dessen Aminosäurerest von der negativ geladenen Seite
der Membran wasserzugänglich ist. Diese Frage ist wichtig, weil
die Antwort sich für die zwei vorgeschlagenen Hypothesen des
Protonentransportmechanismus unterscheidet. Wenn dieser
Aminosäurerest in der Lipid-Doppelschicht verborgen und damit von
der Wasserphase isoliert ist, dann ist das Modell von W. Junge (1997)
zutreffender. In diesem Fall tritt ein Proton durch einen FO-Halbkanal
ein, dreht sich, gebunden an eine c-Untereinheit um fast 360
Grad, und tritt danach durch den anderen FO-Halbkanal aus.
Andererseits, wenn der konservierte saure Aminosäurerest
wasserzugänglich ist, dann ist das Modell von P. Dimroth (1998)
mit nur einem einzigen Protonenkanal zutreffender.
- Die Spitze der Gamma-Untereinheit: fest oder frei?
Es wurde vor kurzem in der Arbeitsgruppe von W. Junge
demonstriert, dass weder Kürzung noch S-S-Cross-Linking im Bereich
der 12 C-terminalen Aminosäurereste der Gamma-Untereinheit eine
große Wirkung auf die Enzymaktivität haben. Die meisten
Forscher sind der Auffassung,
dass die ganze Gamma-Untereinheit sich innerhalb von F1
dreht, und dass die 6 Fassförmigen Beta-Faltblatt-Strukturen der
Alpha-Beta-Untereinheiten eine Art von „molekularem Lager“ für den
C-terminalen Abschnitt der Gamma-Untereinheit darstellen. Die neuen
experimentellen Daten beweisen, dass die Gamma-Untereinheit in dieser
Krone von Fassförmigen Beta-Faltblatt-Strukturen auf der Spitze
von F1 starr befestigt werden kann. In diesem Fall kann die
Rotation um die kovalenten Bindungen im Alpha-Helix-Bereich der
Gamma-Untereinheit unterhalb des festgehaltenen C-terminalen Abschnitts
ablaufen.
- H+/ATP-Verhältnis
Wie viele Protonen werden durch ATP-Synthase transportiert, damit
ein ATP-Molekül synthetisiert wird? Ist dieses Verhältnis
immer gleich, oder kann es verschieden sein? Bei einigen Autoren ist
dieser Punkt bis zu der Frage „Ist H+/ATP-Verhältnis 3
oder 4?“ reduziert.
- Stöchiometrie der c-Untereinheiten
10? 11? 14? 12? Verschieden in verschiedenen Organismen?
Veränderliche Zahl? Vielleicht hängt diese Zahl vom
Zellzustand ab!
- Elastizität
Wie kann die Energie von mehreren nacheinander transportierten
Protonen gespeichert werden, um den nötigen Beitrag für die
ATP-Synthese zu leisten? Wie kann ein Ring von 10 c-Untereinheiten
mit dreifach-symmetrischem F1 gekoppelt werden? Eine
mögliche Erklärung dafür ist eine elastische Kopplung
zwischen katalytischem F1 und am Protonentransport
beteiligtem FO. Mit jedem transportierten Proton nimmt die
elastische Spannung im Enzym zu. Wenn diese Spannung eine kritische
Größe erreicht, wird neu synthetisiertes ATP freigesetzt und
das Enzym entspannt. Diese Hypothese leuchtet mir ein, aber ich muss
zugeben, dass es heutzutage keine direkten experimentellen Beweise
dafür gibt.
- Hydrolyse/Synthese: verschiedene katalytische Wege?
Viele Inhibitoren der ATP-Hydrolyse haben keine Wirkung auf die
ATP-Synthese. Und mehr: Die Konzentration des Phosphats, eines der
Produkte der ATP-Hydrolyse, hat auch keine Wirkung auf die
Geschwindigkeit der Hydrolyse. Dies kann im Rahmen der klassischen
Enzymologie nicht erklärt werden.
- Konformotionsänderungen bei der Energetisierung der
Membran: sind die Synthese- und HydrolyseEnzymkonformationen identisch?
Es wurde durch Elektronmikroskopie demonstriert, dass bei der
Energetisierung der Membran die ATP-Synthase ihre Konformation
ändert.
Der F1-Teil bewegt sich von der Membran um mehr als 10
Angstrom (1,
2)
weg. Die Einzelheiten dieses Mechanismus sind noch unklar.
- Die "multisite" Katalyse: 2-site or 3-site?
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