پمپ پروتون مولکول غول پیکر

0

پمپ پروتون مولکول غول پیکر

 

پمپ پروتون مولکول غول پیکر میتوکندری نیروگاههای سلولهای ما هستند و انرژی تولید کننده زندگی را تولید می کنند. یک پمپ پروتون مولکولی غول پیکر ، به نام پیچیده I ، بسیار مهم است: این زنجیره ای از واکنش ها را به حرکت در می آورد و یک شیب پروتون ایجاد می کند که تولید ATP ، سوخت سلول را تأمین می کند. علیرغم نقش اصلی پیچیده I ، مکانیسم انتقال پروتون از طریق غشا تاکنون ناشناخته بوده است. اکنون ، لئونید سازانوف و گروه وی در انستیتوی علم و فناوری اتریش (IST اتریش) رمز و راز چگونگی کار پیچیده من را حل کرده اند: تغییرات ساختاری پروتئین همراه با امواج الکترواستاتیک ، پروتون ها را به داخل ماتریس میتوکندری منتقل می کنند. این نتیجه مطالعه ای است که امروز در Science منتشر شده است .

دانشکده ها : کمپلکس I اولین آنزیم در زنجیره تنفسی است ، مجموعه ای از مجموعه های پروتئینی در غشای میتوکندری داخلی. زنجیره تنفسی بیشتر تولید انرژی سلول را بر عهده دارد. در این زنجیره ، سه پروتئین غشایی با ایجاد یک شیب از پروتون ها ، آنها را از سیتوپلاسم سلول به فضای داخلی میتوکندری منتقل می کند ، ماتریکس نامیده می شود. انرژی این فرآیند بیشتر از طریق انتقال الکترون بین مولکول های NADH حاصل از غذایی که می خوریم و اکسیژن تنفس ما تأمین می شود. سپس ATP سنتاز ، آخرین پروتئین در زنجیره ، از این شیب پروتون برای تولید ATP استفاده می کند.

کمپلکس I نه تنها به دلیل نقش اصلی آن در زندگی ، بلکه همچنین به دلیل بزرگ بودن قابل توجه است: با وزن مولکولی ۱ مگادالتون ، کمپلکس یوکاریوتی I یکی از بزرگترین پروتئین های غشایی است. اندازه آن همچنین مطالعه من را پیچیده می کند. در سال ۲۰۱۶ ، سازانوف و گروه او اولین کسانی بودند که ساختار آنزیم باکتریایی ساده تری را در سال ۲۰۱۳ ساختار پیچیده پستانداران I را حل کردند. اما سازوکاری که کمپلکس I باعث حرکت پروتون ها در طول غشا می شود همچنان بحث برانگیز است. سازانوف توضیح می دهد: “یک ایده این بود که بخشی از مجموعه من مانند یک پیستون کار می کند تا کانالهایی را که پروتونها از آن طریق می گذرانند ، باز و بسته کند.” “ایده دیگر این بود که بقایای موجود در مرکز مجتمع من به عنوان راننده عمل می کنم. معلوم می شود که سازوکار غیرمعمول تری نیز در کار است.”

سیم آب به پروتون ها کمک می کند تا از طریق غشا پرش کنند

پیش از این ، سازانوف و گروه وی نشان داده بودند که مجموعه I L شکل از بازوهای آب دوست و غشایی تشکیل شده است. در بازوی آب دوست ، الکترونها از NADH به کینون ، حامل الکترون آبگریز ، تونل می کنند. بازوی غشایی که جابجایی پروتون در آن اتفاق می افتد ، دارای سه زیر واحد مشابه با ساختارهای مربوط به ضدمنقلها و یک زیر واحد حاوی حفره اتصال کینون است. در این حفره ، کمپلکس I دو الکترون در هر چرخه کاتالیزوری به کینون منتقل می کند ، که الکترون ها را بیشتر به مجتمع های III و IV می رساند. اما این رمز و راز احاطه داشت که چگونه فعل و انفعال بین الکترونها و کینون می تواند چهار پروتون را در هر چرخه از طریق غشا حرکت دهد ، زیرا زیرواحدهای ضد حمل مانند از حفره کینون فاصله دارند.

برای حل این معما ، Sazanov و تیمش Cryo-EM را در مجتمع گوسفند I. انجام دادند. دانشجو Domen Kampjut 23 ساختار مختلف از مجموعه I را که تحت شرایط مختلف بدست آمده است ، حل کرد. با افزودن NADH و کینون ، محققان می توانند تصاویری از I پیچیده را که در حال کار است ، ثبت کنند و ساختار بین دو حالت اصلی را تغییر دهند. با توجه به وضوح بالا به دست آمده ، آنها می توانند مولکول های آب درون پروتئین را که برای انتقال پروتون ضروری هستند ، حل کنند . آنها دریافتند که بسیاری از مولکول های آب در محور مرکزی بازوی غشایی راهی برای جهش پروتون ها در بین باقی مانده های قطبی و آب ها ایجاد می کنند و مسیرهایی را در امتداد و از طریق غشا تشکیل می دهند.

اما فقط در یک زیرواحد ، دورترین فاصله از کینون ، پروتون ها در غشا membrane می پرند. دو زیر واحد دیگر ترجیحاً یک اتصال بین دورترین زیرواحد و کینون ایجاد می کنند. هنگامی که حفره اتصال برای کینون “منتظر” می ماند ، مارپیچ سیم آب را در محور مرکزی مسدود می کند. وقتی کینون در حفره اتصال متصل می شود ، ترکیب پروتئین در اطراف این ناحیه به طرز چشمگیری تغییر می کند و این مارپیچ می چرخد. اکنون ، سیم آب تمام زیر واحدهای غشایی کمپلکس I را به هم متصل می کند و دو پروتون به کینون تحویل داده می شود تا کاهش آن کامل شود. این قسمت کلیدی از مکانیزم باعث ایجاد یک بار در نزدیکی اولین ضد حمل کننده شده و موجی از الکترواستاتیک را در برهم کنش های باقی مانده باردار ایجاد می کند که در امتداد ضد حمل و نقل منتشر می شود و در نتیجه چهار پروتون در مجموع جابجا می شوند.

سازانوف توضیح می دهد: “ما نشان می دهیم که سازوکار جدید و غیرمنتظره ای در مجتمع I. در حال کار است. مخلوطی از تغییرات ساختاری و یک موج الکترواستاتیک پروتون ها را از طریق غشا پمپ می کند “. “این مکانیسم بسیار غیرمعمول است ، زیرا شامل چرخش یک مارپیچ کامل در داخل پروتئین است. کمی زیاد به نظر می رسد ، اما احتمالاً به مقاوم بودن مکانیسم کمک می کند.”

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.