F 1 F o ATPaas ehk ATP süntaas

1. F1Fo ATPaas ehk ATP süntaas 12+1.09.2005

2. ATP süntees oksüdatiivse fosforüülimise teel Elektronide ülekandeahela töö tulemusel tekib elektrokeemiline potentsiaal mitokondri sisemembraani Prootonite gradiendi energia kasutatakse ATP sünteesiks juhtides prootonid intermembraansest ruumist tagasi maatriksisse läbi ATP süntaasi kompleksi Prootonite liikumisega läbi ATP süntaasi kaasnevad konformatsiooni muutused süntaasi molekulis, mis on ATP sünteesi suunavaks jõuks

3. F1 ja Fo subühikud on mõlemad hädavajalikud ATP süntaasi aktiivsuse avaldumiseks pH gradiendi tekitamine aktiveerib ATP süntaasi

4. In vitro ATP sünteesiva süsteemi rekonstrueerimine puhastatud komponentidest: -Mitokondritest puhastatud F1F0 ATPaas (ATP süntaas) -fosfolipiidid mitselli moodustamiseks -bakteriorodopsiin prootonigradiendi tekitamiseks -valgustamine aktiveerib bakteriorodopsiini, tekib prootonigradient ja see käivitab ATP sünteesi

6. ATP süntaas- kõikides organismides Mitokondrid, kloroplastid, bakterite välismembraan 2 osa F1: isoleeritav lahustunud kujul kui ATPaas, subühikud a3b3gde Fo: integraalne membraani komponent, subühikud ab2c9-12 ab subühikud moodustavad 6 osalise sfääri Igal ab dimeeril on üks aktiivsait, enamik substraadi kontakte on b subühikuga

8. ATP süntaasi töömehhanism Paul Boyeri hüpotees • Igal ATP süntaasi molekulil on 3 ATP sünteesi aktiivsaiti • Iga aktiivsait võib omada 3 erinevat konformatsiooni: • 1. O(Open) ei seo nukleotiide • 2. L(Loose) seob ADP ja Pi nõrgalt • 3. T(Tight) seob ADP ja Pi või ATP tugevalt • 3. ATP süntaasi konformatsioonilised muutused on sellised, et korraga on molekuli koosseisus aktiivsaidid kõigis kolmes konformatsioonis, konformatsioonid muutuvad üheaegselt • 4. Prootongradiendi energia kasutatakse ära ATP süntaasi konformatsiooniliste muutuste läbiviimiseks. Alternatiivina on ATP hüdrolüüsi tulemusena võimalik prootoneid pumbata

9. Hinnanguliselt on T konformatsioonis reaktsiooni ADP + Pi < - > ATP Keq ligikaudu 1 • ATP sünteesi tsükkel läbib järgmised olekud: • L: ADP ja Pi seonduvad - > (H+ grad. energia kasutatakse konformats. muutmiseks) • T: ADP + Pi - > ATP - >(H+ grad. energia kasutatakse konformats. muutmiseks) • O: ATP vabaneb - >(H+ grad. energia kasutatakse konformats. muutmiseks) • Tsükkel algab uuesti

11. Rotatsiooniline katalüüs • Kuidas on prootonite liikumine läbi ATP süntaasi seostatud ATP sünteesiga • Kuidas on ATP süntaasi konformatsioonide muutus seotud prootonite liikumisega • F1-g subühik: a3b3 heksameeri keskel on F1-g subühikust vars. F1-g subühiku asümmeetriline struktuur määrab selle, milline F1-b subühik on T, milline on L ja milline O konformatsioonis. F1-g subühik saab pöörelda ringi ja seega tema roteerumine suunab ATP sünteesi protsessi • Fo-c rõngas: F1-g subühik on ühendatud Fo-c rõngaga. Iga Fo-c subühikul on 2 transmembraanset heeliksit, mille keskel on happeline aminohappejääk (Asp, Glu). See jääk on vajalik funktsionaalsuseks. Membraanifaasis on protoneeritud kuivõrd ioniseeritud kujul oleks lipiidsesse kaksikkihti paigutamine energeetiliselt ebasoodne.

12. 3. Staator ja prootoni kanalid: Koosnevad Fo-a ja Fo-b subühikutest. Prootonid sisenevad kanalisse intermembraansest ruumist ja väljuvad maatriksis (ATP sünteesi korral). Prootonite liia korral intermembraanses ruumis sisenevad need kanalisse, protoneerivad Asp/Glu, see jääk võib siseneda lipiidsesse kaksikkihti, roteeruda teisele küljele, kus prooton dissotseerub maatriksisse. Staator on seotud a3b3 heksameeriga, nii et Fo-c rõngas ja koos temaga F1-g subühik roteeruvad F1- a3b3 heksameeri suhtes Seega: elektrokeemiline gradient tekitab rotatsioonilise liikumise, mille tulemusena F1-b subühik muutab perioodiliselt oma konformatsiooni L- T- O Iga tsükli ehk täispöörde läbimisega sünteesitakse 1 molekul ATPd subühiku kohta ehk 3 ATP molekuli kogu kompleksi kohta. Juhul kui on 9 Fo-c subühikut, siis oleks vaja 9 prootonit 1 täispöörde tegemiseks ehk 9H+/3ATP = 3H+/ATP

13. Energeetika Mitokondri sisemembraan: pH erinevus 0.75 ühikut membraanipotentsiaal 150 mV Energia, mis vabaneb prootoni viimisel läbi ATP süntaasi DG= RTln([H+]P/[H+]N) + ZF = 18.8 kJ/mol 3 prootoni kohta 3x 18.8 kJ/mol ATP sünteesiks vajalik energia = hüdrolüüsil vabanev energia 30.5 kJ/mol, reaalsetes tingimustes rakus 50 kJ/mol Seega on 3 prootoni läbimisel vabanev energia piisav ATP sünteesiks

14. Mitokondri sisemembraan ei ole ioonidele ja teistele polaarsetele metaboliitidele läbitav -NADH/NAD+ -Püruvaat -ATP, ADP, HPO42-