Синтез АТФ.

Протон через протонный полуканал I в субъедини­це а доходит до субъединицы С и связывается с аспартатом Asp61 этой субъединицы. После поворота с-кольца этот протон достигает полуканала II, который позволяет протону диссоциировать с аспартата и выйти в цитозоль.

Создаваемое таким потоком протонов вращение субъединицы у от­носительно неподвижных субъединиц а и Р циклически стимулирует конформационные переходы в каталитических субъединицах Р компонен­та Fi (рисунок 68).

Каждая каталитическая субъединица Р поочерёдно принимает три конформации.

1. О-конформация (ppeii), которая слабо связывает АДФ и Р₍, и не

связывает АТФ;

2. L-конформация (7ои), которая сильнее связывает АДФ и Р₍;

3. Т-конформация (tight), в которой АДФ и Р₍ связываются так

сильно, что спонтанно формируют АТФ.

Дальнейшее вращение субъединицы у возвращает каталитическую субъединицу в исходную О-конформацию, в которой образованная молекула АТФ отсоединяется, и цикл начинается снова.

Рисунок 68 - Каталитический цикл АТФ-ситнтазы

Допустим АДФ и Р; связываются с субъединицей Pi, находящейся в О-конформации (рисунок 68(a)). Ток протонов проворачивает ротор АТФ- синтазы (и у-субъединицу) на 120° относительно неподвижных субъеди­ниц Р (рисунок 68 (а)—>(б)). В результате такого поворота способность субъединицы Pi к связыванию АДФ и Р₍ возрастает с О до L, соответст­венно, у субъединицы Рз возрастает с L до Т, а у субъединицы Р> снижа­ется с Т до О, что приводит к выходу образованной молекулы АТФ из субъединицы р₂.

На следующем этапе (рисунок 68 (б)—>(в)) АДФ и Р₍ внутри субъе­диницы Рз, которая теперь имеет Т-конформацию, сливаются в молекулу АТФ, а к субъединице Р> (в конформации О) присоединяются АДФ и Р₍, В результате (рисунок 68(b)) образуется такой же комплекс Fi с метаболитами, как и вначале (рисунок 65(a)), но повернутый на 120°.

На следующем этапе (рисунок 68 (в)-»(г)) происходит поворот ещё на 120° у-субъединицы, который снова стимулирует О—»L—»Т—»О кон- формационные изменения субъединиц Р, описанные выше. Повторение этапов (а)—>(б) и (б)—>(в) приводит к образованию трёх молекул АТФ на каждый "полный оборот" у-субъединицы на 360°.

Молекулы АТФ или АДФ также связываются с регуляторными (или аллостерическими) центрами на трёх а-субъединицах. Такое связывание обеспечивает изменение скорости синтеза АТФ по мере изменения концентрации АТФ в матриксе, но не влияет непосредственно на синтез АТФ из АДФ и Pj.

Работа компонента Fi обратима. Вращение ротора так стимулирует каталитические субъединицы, что они катализируют синтез АТФ. В этом случае АТФ-синтаза работает как генератор АТФ. И наоборот, гидролиз АТФ стимулирует вращение ротора.

На рисунке 69 показаны конформационные изменения в компоненте Fi при вращении ротора. Изображена только одна каталитическая субъединица, а остальная часть мотора Fi показана контуром.

В верхних частях Р-субъединицы совместно формируют структуру, функционально подобную подшипнику, в которой закреплен конец рото­ра. Эти верхние части не изменяются при конформациях Р-субъединиц, сохраняя "подшипник". В нижней части рисунка 69 показаны два положения ротора. При вращении ротора изменяется конформация только нижней части каждой Р-субъединицы по отношению к верхней, неподвижной части. При этом стимулируется (прижимаются друг к ДРУП) объединение АДФ и фосфата, и при дальнейшем повороте ротора готовая АТФ вытесняется из центра связывания.

Отметим, что мотор Fi не "запитывается" напрямую диссоциацией АТФ. Диссоциация АТФ обеспечивает необратимость процесса вращения на каждом этапе цикла АТФ-синтазы.

Когда АТФ-синтаза работает в качестве мотора, то молекуле АТФ легко связаться с каталитическими субъединицами, но сложно высво­бодиться, а молекуле АДФ, наоборот, сложно связаться, но легко высвободиться. АТФ, легко связавшись с АТФ-синтазой, гидролизуется и в виде АДФ легко покидает АТФ-синтазу.

При работе АТФ-синтазы в качестве генератора АТФ внешняя механическая энергия используется для реализации двух энергозатратных этапов: стимуляции связывания АДФ и стимуляции высвобож­дения АТФ.

Рисунок 69 - Конформационные изменения в Fi моторе АТФ-синтазы.