F1F0-ATPシンターゼにおけるH+輸送とATP合成の結合：動的な分子機械の相互作用部分を垣間見る

可逆的、F1F0型ATPase（F-ATPシンターゼとも呼ばれる）は、酸化的リン酸化中のATPの合成を触媒します。動物細胞では、酵素は内側のミトコンドリア膜を通過し、ATP形成へのH+転座を結合する際に、電子輸送によって生成されるH+電気化学勾配のエネルギーを使用します。密接に関連する酵素は、大腸菌などの細菌の原形質膜に見られます。酵素は栄養状況に応じて可逆的に機能します。F1F0型酵素は、H（+） - 液胞型、またはV-ATPaseのh（+）のトランスロッキングの2番目のファミリーにより、より遠く関連しています。最近の構造情報は、これらの酵素がATP合成の化学作業にH+輸送をどのように結合するかについての重要なヒントを提供しています。最も単純なF1F0タイプの酵素、例えば大腸菌のように、アルファ3ベータ3ガンマデルタイプシロン（F1）およびA1B2C12（F0）の異常な化学量論における8種類のサブユニットで構成されています。F1は膜から伸び、アルファサブユニットとベータサブユニットが中央のサブユニットガンマの周りを交互に伸びています。ATP合成は、さまざまなベータサブユニットで交互に発生し、1つの触媒部位でのADP + PIの協調的な緊密な結合が、2秒でATP放出と結合されています。結合親和性の違いは、アルファ3ベータ3ヘキサマーの中心でのガンマサブユニットの回転によって引き起こされるようです。ガンマサブユニットは、触媒サブユニットを膜流域F0セクターに接続する4.5 nmの茎を横断します。サブユニットCは、F0のH（+） - 転座サブユニットです。膜の中心におけるASP61のプロトン化/脱プロトン化は、ガンマサブユニットとイプシロンサブユニットの両方と相互作用するサブユニットCの外部ループの構造変化と結びついています。サブユニットのガンマとイプシロンは、ATPが合成されると、あるサブユニットCから別のサブユニットCに移動するようです。そのような動きのトルクは、アルファ3ベータ3複合体内でガンマの回転を引き起こすように提案されています。合成された各ATPに対して4つのプロトンが移行されます。したがって、ガンマとイプシロンの動きには、おそらく4つのCサブユニットの単位が含まれます。F0のサブユニットの組織は謎のままです。トルク生成のメカニズムを理解するためには、理解する必要があります。

Reversible, F1F0-type ATPases (also termed F-ATP synthases) catalyze the synthesis of ATP during oxidative phosphorylation. In animal cells, the enzyme traverses the inner mitochondrial membrane and uses the energy of an H+ electrochemical gradient, generated by electron transport, in coupling H+ translocation to ATP formation. Closely related enzymes are found in the plasma membrane of bacteria such as Escherichia coli, where the enzymes function reversibly depending upon nutritional circumstance. The F1F0-type enzymes are more distantly related to a second family of H(+)-translocating ATPases, the vacuolar-type or V-ATPases. Recent structural information has provided important hints as to how these enzymes couple H+ transport to the chemical work of ATP synthesis. The simplest F1F0-type enzymes, e.g. as in E. coli, are composed of eight types of subunits in an unusual stoichiometry of alpha 3 beta 3 gamma delta epsilon (F1) and a1b2c12 (F0). F1 extends from the membrane, with the alpha and beta subunits alternating around a central subunit gamma. ATP synthesis occurs alternately in different beta subunits, the cooperative tight binding of ADP + Pi at one catalytic site being coupled to ATP release at a second. The differences in binding affinities appear to be caused by rotation of the gamma subunit in the center of the alpha 3 beta 3 hexamer. The gamma subunit traverses a 4.5 nm stalk connecting the catalytic subunits to the membrane-traversing F0 sector. Subunit c is the H(+)-translocating subunit of F0. Protonation/deprotonation of Asp61 in the center of the membrane is coupled to structural changes in an extramembranous loop of subunit c which interacts with both the gamma and epsilon subunits. Subunits gamma and epsilon appear to move from one subunit c to another as ATP is synthesized. The torque of such movement is proposed to cause the rotation of gamma within the alpha 3 beta 3 complex. Four protons are translocated for each ATP synthesized. The movement of gamma and epsilon therefore probably involves a unit of four c subunits. The organization of subunits in F0 remains a mystery; it will have to be understood if we are to understand the mechanism of torque generation.