Структура и функции АТФаз F- и V-типа

Структура и функции АТФаз F- и V-типа

Типы насосов (транспортных АТФаз) Семейство АТФаз Р-типа Суперсемейство АТФаз АВС Семейство АТФаз F- и V-типа

Характеристика основных типов насосов, обеспечивающих активный транспорт ионов и малых молекул Р-тип V-тип ABC-тип только Н+ ионы и малые молекулы 110 -140 к. Да катамного литическая субъ- субъединица ( ), иногда регуляторная ( ) субъединица много субъединиц два цитозольных и два трансмембранных домена в одной или в разных субъединицах используют энергию гидролиза АТФ для транспорта ионов используют энергию гидролиза АТФ для транспорта Н+ используют энергию гидролиза АТФ для транспорта ионов и малых молекул Н+, Na+, K+, Ca 2+ Сu 2+, Mg 2+ F-тип синтез АТФ за счет движения Н+ по градиенту концентрации

Локализация основных транспортных АТФаз Р-тип Плазматическая мембрана грибов, растений, бактерий, дрожжей (Н+-насос) F-тип плазматическая мембрана бактерий V-тип ABC-тип вакуолярная мембрана растений плазматическая мембрана бактерий (аминокислоты, сахара, пептиды) Плазматическая внутренняя мембрана высших мембрана эукариот (Na, K-насос) митохондрий мембрана эндосом и лизосом животных переносчик эндоплазматической мембраны млекопитающих (переносчик пептидов) Апикальная тилакоидная мембрана париеталь- мембрана ных клеток желудка хлоропластов (H, K-АТФаза) плазматическая мембрана клеток секретирующих Н+ (остеокласты) Плазматическая мембрана всех клеток эукариот (Са-АТФаза) Эндоплазматический ретикулум (Са-АТФаза) переносчик плазматической мембраны (малые молекулы, фосфолипиды, лекарства)

Сравнение структуры АТФаз V- и Fтипа

Электронная микрофотография комплексов Vo и V 1 Vo

Олигомерная структура F 1 -F 0 -АТФазы F 1 - гексамер из повторяющихся и -субъединиц, которые окружают спирализованную -субъединицу. Fо из E. coli и митохондрий дрожжей состоит из кольца, образованного 10 протеолипидными ссубъединицами, 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 Fо соединяются центральной ножкой, состоящей из - и субъединиц, и периферической ножкой, образованной субъединицей F 1 и b-субъединицами Fо. F 1 - 3 3

Функционирование F 1 -F 0 АТФазы

Демонстрация вращения -субъединицы относительно ( )3 -гексамера -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.

Модель синтеза АТФ: основные состояния F 1 домена АТФазы во время каталитического цикла 1. Конформация О – связывающий центр доступен для АДФ и Фн 2. Конформация L – связывание АДФ и Фн с низким сродством 3. 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 нуклеотидсвязывающие центры, с которыми взаимодействуют АДФ и АТФ.

Структура АТФаз V-типа • V 1 - гидрофильный домен с м. м. 640 к. Да, состоит из 8 типов различных субъединиц (А-Н), ответственен за гидролиз АТФ • Vо – внутримембранный домен с м. м. 260 к. Да, состоит из 5 типов субъединиц a, d, c, c’ и c’’, ответственен за транслокацию Н+.

Олигомерная структура V-АТФазы V 1 гексамер из повторяющихся АВ (нуклеотид-связывающих димеров), две копии субъединицы G и одну копию субъединиц С, D, E, F, H. Vо содержит 5 -6 копий 17 к. Да протеолипида с и с’ и одну копию остальных субъединиц (a, d и c’’). Механизм функционирования неизвестен, возможно, подобен механизму функционирования F 1 Fo-АТФазы. Специфический ингибитор – бафиломицин.

Функции АТФаз V-типа 1. Эндоцитоз и внутриклеточный транспорт. а). Низкие значения р. Н внутри ранних эндосом создаются за счет работы V-АТФазы. При р. Н 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 (р. Н активируемое слияние мембран).

Функции АТФаз V-типа (продолжнение) 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 к. Да субъединице V-АТФазы приводят метаболическому ацидозу и сенсорной глухоте. Т. о. V-АТФаза обеспечивает поддержание р. Н в жидкости, окружающей волосковые клетки в кортиевом органе. б). В макрофагах и нейтрофилах V-АТФаза плазматической мембраны обеспечивает поддержание цитоплазматического р. Н. Эти клетки после активации вследствие метаболических процессов производят много кислоты и должны функционировать при кислых р. Н в участках, где проходит воспаление. V-АТФаза поддерживает нормальный цитоплазматический р. Н. в) V-АТФаза плазматической мембраны остеокластов играет важную роль в резорбции кости. Остеокласты прикрепляются к поверхности кости и создают участок с кислым р. Н. Закисление обеспечивает растворение неорганической части кости и активацию кислых гиролаз. Мутации в 100 к. Да 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 р. Н в окружающей сперматозоиды среде.

Роль АТФаз V-типа в обеспечении функций различных клеток

Типы насосов (транспортных АТФаз) Семейство АТФаз Р-типа Суперсемейство АТФаз АВС Семейство АТФаз F- и V-типа

Структура АТФаз Р-типа и их эволюция Подтип II Эволюция АТФаз Р-типа АТФазы Р-типа в процессе гидролиза АТФ подвергаются фосфорилированию по остатку аспарагиновой кислоты, входящей 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 другие. Н-АТФазы прокариот, обеспечивающих Н-зависимый перенос метаболитов. У животных эту роль играет Na, K-ATPаза

Гетеродимерные АТФазы Р-типа Na, K -ATФаза (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 -ATФаза присутствует в плазматической мембране всех клеток животных (является маркером плазматических мембран) Н, К-АТФаза – присутствует в апикальной мембране париетальных (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 к. Да и 55 к. Да соответственно.

Первично-активный транспорт молекул осуществляется против электрохимического градиента за счет энергии АТФ [Na+]0 ~ 150 m. M; [K+]0 ~ 5 m. M; [Cl-]0 ~ 150 m. M; p. H 0 ~ 7. 4 2 K+ 3 Na+ ATP ADP [Na+]I ~10 m. M; [K+]I ~100 m. M; [Cl-]I ~30 m. M; p. Hi 7. 1

Na, K –ATФаза 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+ АТФ АДФ + Фн Вывод: в гомогенате нервов краба присутствует АТФаза, которая различает ионы Na+ и K+.

Na, K –ATФаза ингибируется уабаином В 1785 году Визеринг начал использовать листья наперстянки для лечения сердечной недостаточности. Действующим началом являлся дигитоксин, соединение, относящееся к сердечным гликозидам – группе стероидных Огликозидов. Наиболее известным соединением этого ряда является уабаин Лактоновое кольцо сахар (Digitalis purpurea) Циклопентанпергидрофенантреновое ядро

Структура Na, K-АТФазы Участки гликозилирования 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 19 к. Да фрагмент Фосфорилирующий домен Активаторный домен Нуклеотид-связывающий домен