Структура и функции АТФаз F - и V- типа
Семейство АТФаз Р-типа Семейство АТФаз F - и V -типа Суперсемейство АТФаз АВС
Р-тип F -тип V -тип ABC- тип Н +, Na +, K +, Ca 2+ только Н + только Н + ионы и малые С u 2+, Mg 2+ молекулы 110-140 кДа ката- много много два цитозольных и литическая субъ- субъединиц субъединиц два трансмембранных единица ( ), иногда домена в одной или в регуляторная ( ) разных субъединицах субъединица используют синтез АТФ используют используют энергию энергию за счет движения энергию гидролиза АТФ для гидролиза АТФ Н + по градиенту гидролиза транспорта ионов для транспорта концентрации АТФ для и малых молекул ионов транспорта Н +
Р-тип F -тип V -тип ABC- тип Плазматическая плазматическая вакуолярная плазматическая мембрана грибов, мембрана мембрана мембрана бактерий растений, бактерий, бактерий растений (аминокислоты, дрожжей (Н + -насос) сахара, пептиды) Плазматическая внутренняя мембрана переносчик эндо- мембрана высших мембрана эндосом и лизо- плазматической эукариот ( Na,K -насос ) митохондрий сом животных мембраны млекопи- тающих (переносчик пептидов) Апикальная тилакоидная плазматическая мембрана париеталь- мембрана мембрана клеток ных клеток желудка хлоропластов секретирующих Н + (H,K -АТФаза ) (остеокласты) Плазматическая переносчик плаз- мембрана всех матической мембра- клеток эукариот ны (малые молекулы, (Са-АТФаза) фосфолипиды, лекар- ства) Эндоплазматичес- кий ретикулум (Са-АТФаза)
F 1 - гексамер из повторяющихся - и -субъединиц, которые окружают спирализованную -субъединицу. F о из E. coli и митохондрий дрожжей состоит из кольца, образованного 10 протеолипидными с-субъединицами, двух b- и единственной a -субъединиц : a 1 b 2 c 9-12 В каждой с-субъединице есть один остаток аспарагиновой кислоты, участвующий в транспорте Н +. F 1 и F о соединяются центральной ножкой, состоящей из - и -субъединиц, и периферической ножкой, образованной -субъединицей F 1 и b -субъединицами F о. F 1 - 3 3
-субъединицы содержат дополнительные 6 остатков гистидина, за которые они прикрепляются к стеклянной подложке с металлическим покрытием, связывающим гистидин. К -субъединице прикреплен актиновый филамент со связанным флуоресцентным красителем. С использованием флуоресцентного микроскопа показано, что -субъединица в присутствии АТФ вращается (один шаг – 120 о ) против часовой стрелки.
Конформация О – связывающий центр доступен для АДФ и Ф н Конформация L – связывание АДФ и Ф н с низким сродством Конформация Т – связывание АДФ и Фн с высоким сродством Связывание столь прочное, что спонтанно образуется АТФ. Изменение конформации происходит за счет вращения -субъединицы на 120 о. Помимо каталитических центров имеются регуляторные нуклеотид- связывающие центры, с которыми взаимодействуют АДФ и АТФ.
V 1 - гидрофильный домен с м.м. 640 кДа, состоит из 8 типов различных субъединиц (А-Н), ответственен за гидролиз АТФ V о – внутримембранный домен с м.м. 260 кДа, состоит из 5 типов субъединиц a,d,c, c’ и c’’, ответственен за транслокацию Н +.
V 1 гексамер из повторяющихся АВ ( нуклеотид-связывающих димеров), две копии субъединицы G и одну копию субъединиц С, D, E, F, H. V о содержит 5-6 копий 17 кДа протеолипида с и с ’ и одну копию остальных субъединиц ( a, d и c’’ ). Механизм функционирования неизвестен, возможно, подобен механизму функционирования F 1 F o - АТФазы. Специфический ингибитор – бафиломицин.
Эндоцитоз и внутриклеточный транспорт. а). Низкие значения рН внутри ранних эндосом создаются за счет работы V- АТФазы. При рН 4,5-4,8 происходит диссоциация интернализованных комплексов рецептор-лиганд. Возвращение рецепторов в плазматическую мембрану обеспечивает регуляцию скорости акккумуляции лигандов и плотность рецепторов в плазматической мембране. б). Такая же стратегия используется для адресной доставки вновь синтезированных лизосомальных ферментов от аппарата Гольджи к лизосомам. в). Закисление внутреннего пространства поздних эндосом, что обеспечивает освобождение лизосомальных ферментов от рецептора маннозо-6-фосфата и их активацию. г). Закисление эндосом обеспечивает формирование везикул, переносящих лиганды от ранних к поздним эндосомам. д). Закисление эндосом используется некоторыми вирусами и токсинами для входа в клетки (рН активируемое слияние мембран).
2. Плазматическая мембрана. а). V- АТФаза в апикальной мембране вставочных клеток эпителия почек типа А обеспечивает секрецию Н + в окружающую среду и регулирует кислотно-щелочной баланс в почках. Мутациии в 60 кДа субъединице V- АТФазы приводят метаболическому ацидозу и сенсорной глухоте. Т.о. V- АТФаза обеспечивает поддержание рН в жидкости, окружающей волосковые клетки в кортиевом органе. б). В макрофагах и нейтрофилах V- АТФаза плазматической мембраны обеспечивает поддержание цитоплазматического рН. Эти клетки после активации вследствие метаболических процессов производят много кислоты и должны функционировать при кислых рН в участках, где проходит воспаление. V- АТФаза поддерживает нормальный цитоплазматический рН. в) V- АТФаза плазматической мембраны остеокластов играет важную роль в резорбции кости. Остеокласты прикрепляются к поверхности кости и создают участок с кислым рН. Закисление обеспечивает растворение неорганической части кости и активацию кислых гиролаз. Мутации в 100 кДа субъединице V- АТФазы приводят к заболеваниям костей. г) Аналогичную роль V- АТФаза играет в метастазировании опухоли, она секретирует Н + и лизосомальные ферменты, которые участвуют в растворении межклеточного матрикса. Т.о. V- АТФаза потенциальная мишень для терапии. д). Созревание спермы, регуляция рН в окружающей сперматозоиды среде.
Семейство АТФаз Р-типа Семейство АТФаз F - и V -типа Суперсемейство АТФаз АВС
Подтип I Подтип II Эволюция АТФаз Р-типа АТФазы Р-типа в процессе гидролиза АТФ подвергаются фосфорилированию по остатку аспарагиновой кислоты, входя- щей в состав активного центра. Образуется фосфорилированный интермедиат (ЕР), отсюда и название. АТФазы подтипа I возникли, по-видимому, первыми и обеспечивали перенос ионов тяжелых металлов. АТФазы II появились уже у прокариот. До разделения царства растений и животных возникли Са-АТФазы. Н-АТФаза Р-типа растений и грибов заменила другиеН-АТФазы прокариот, обеспечивающих Н-зависимый перенос метаболитов. У животных эту роль играет Na,K-ATPаза
Na,K -AT Фаза ( Na,K -насос) осуществляет перенос ионов Na + из клетки наружу в обмен на K +, который переносится в противоположном направлении. Для переноса ионов против градиента концентраций используется энергия, освобождающаяся при гидролизе терминальной богатой энергией связи АТФ. Na,K -AT Фаза присутствует в плазматической мембране всех клеток животных (является маркером плазматических мембран) Н,К-АТФаза – присутствует в апикальной мембране париеталь- ных (обкладочных) клеток слизистой оболочки желудка млекопитающих. Осуществляет обмен внутриклеточного Н + (Н 2 О + ) на внеклеточный К +. Оба иона переносятся против градиента концентраций. Обе АТФазы состоят минимум из двух субъединиц ( и ) с молекулярной массой около 110 кДа и 55 кДа соответственно.
[Na + ] I ~10 mM; [K + ] I ~100 mM; [Cl - ] I ~30 mM; pH i 7.1 [Na + ] 0 ~ 150 mM; [K + ] 0 ~ 5 mM; [Cl - ] 0 ~ 150 mM; pH 0 ~ 7.4 ATP ADP 2K + 3Na +
Skou J.C. ( 1957 ) The influence of some cations on an adenosine triphosphatase from periferal nerves. Biochim. et. Biophys. Acta, 23, 394-401. Na +, K +, Mg 2+ Вывод : в гомогенате нервов краба присутствует АТФаза, которая различает ионы Na + и K +. АТФ АДФ + Ф н
В 1785 году Визеринг начал использовать листья наперстянки для лечения сердечной недостаточности. Действующим началом являлся дигитоксин, соединение, относящееся к сердечным гликозидам – группе стероидных О-гликозидов. Наиболее известным соединением этого ряда является уабаин (Digitalis purpurea) Лактоновое кольцо Циклопентанпер- гидрофенантрено- вое ядро сахар
Нуклеотид-связывающий домен Активаторный домен 5 4 6 8 19 кДа фрагмент Фосфорилирующий домен 1 2 3 7 9 10 Участки гликозилирования
