Введение
|
В качестве мембранного белка была выбрана АТФаза — мультисубъединичный комплекс, который способен сопрягать гидролиз/синтез АТФ с переносом ионов через мембрану на основе механизма ротационного катализа, т.е. без обратимого переноса фосфатной группы на белок. Роторные АТФазы разделены на три больших типа: F, V и А, и встречаются в разлмчных группах организмов. Фермент F-типа находится в мембране эубактериальных клеток, хлоропластов и митохондрий. Фермент А-типа развивался у архей, а затем частично появился у эубактерий за счет горизонтального переноса генов. |
Фермент А-типа является предком фермента V-типа, который встречается в вакуолях, эндосомах, лизосомах и аппарате Гольджи у эукариот, участвуя в закислении среды этих органелл, причем с его правильных функционированием связано множество фундаментально важных клеточных процессов, при нарушении которых развиваются тяжелые заболевания. Также показана его роль в процессе развития и метастазирования рака, поэтому именно АТФаза может оказаться мишенью в процессе разработки новых противораковых препаратов.
Так как все три типа роторных АТФаз произошли от общего предкового белка, то общие черты организации фермента и основные субъединицы остались достаточно похожи друг на друга и показывают высокую степень гомологии. Комплекс состоит из мембранного и гидрофильного субдоменов. Гидрофильный домен можно подразделить на три комплекса: гексамер, несущий каталитические и некаталитические сайты связывания АТФ, центральный и периферические стебли.
| Гексамер образуется чередующимися субъединацами, на поверхности взаимодействия которых находятся каталитические (3) и некаталитические (3) сайты. Гомология субъединиц, образующих гексамер, четко показана среди всех типов ферментов. Центральный стебель образуется преимущественно за счет двух субъединиц: одна из них глубоко проникает в полость гексамера, создавая в нем структурную ассиметрию, чем и обеспечивает взаимодействия в каталитическом сайте. Другая сопрягает перенос иона и синтез/гидролиз, а также может моделировать активность фермента у некоторых организмов. Периферический стебель обычно образуется за счет длинной субъединицы, которая физически соединяет мембранный и гидрофильный комплекс, а также субъединицы, взаимодействующей с аминокислотными остатками субъединиц гексамера. |
|
|
Мембранная часть фермента состоит из кольца, субъединицы которого могут обратимо присоединять переносимый ион, а также субъединицы, несущей в своей структуре полуканалы, открывающиеся по две стороны от мембраны. Для этих субъединиц, как и для всех вышеописанных, также показана гомология среди всех типов ферментов. Также в структуре мембранного комплекса может присутствовать большое количество дополнительных субъединиц с различными функциями. Часть из них необходима для обеспечения нормального переноса из-за частичной потери определенных свойств основно субъединицы, часть участвует в димеризации митохондриального фермента F-типа. |
В качестве переносимого иона может использоваться протон или ион натрия, причем натрий-переносящие ферменты встречаются как в F-типе, так и в А-типе ферментов. Некоторые натриевые ферменты способны переносить также и протон в условиях падения и недостаточного уровная трансмембранного потенциала для натрия. АТФазы A- и F-типов способны функционировать и как синтазы, в то время как исключительно протон-переносящая АТФаза V-типа способна исключительно к гидролизу АТФ.
В ходе эволюции (особенно у эукариот) в дополнение к основным субъединицам фермент получил множество дополнительных субъединиц. Этот процесс затронул преимущественно мембранную часть и периферический стебель. Преимущественно они не являются необходимыми для катализа, но играют важную структурную роль, а также могут помогать коровым субъединицам выполнять их функции. Так как структура многих АТФаз определена (в том числе и дополнительных мембранных субъединиц), работу было решено выполнить именно на этом ферменте, чтобы после сравнить результаты предсказания с реальной структурой субъединицы в комплексе. Также я просто с ней работаю и она классная!
Предсказание структуры мембранных субъединиц
Для начала предскажем структуру субъединицы а бактериального фермента F-типа Bacillus PS3, которая как раз и несет два полуканала.
Сервис предсказывает пять трансмембранных спиралей, хотя на самом деле из там шесть. Однако, одна из спиралей лежит практически параллельно мембране, и поэтому сервис мог ее не распознать. Больших внемембранных доменов субъединица не несет.
Посмотрим на то, какую структуру предсказывают субъединице b того же фермента, которая должна нести одну трансмембранную спираль и длинный гидрофильный домен.
А вот тут все наоборот хорошо. Ниже представлен мембранный регион этих субъединиц вместе с с-кольцом. Оранжевым — субъединица а, две одинокие спирали в зеленых тонах показывают две субъединицы b.
А вот внизу общая структура комплексов F- и V-типа.
|
|