L’ATP synthase de sort F, un complexe catalytique de protéines, synthétise l’adénosine triphosphate (ATP), la monnaie énergétique des cellules vivantes. Il existe beaucoup d’ambiguïté sur le mécanisme de rotation de cette enzyme en rotation. Maintenant, des chercheurs japonais ont démontré remark chaque événement chimique du métabolisme de l’ATP est lié au mouvement de rotation « pas à pas » du composant F1 de l’ATPase. En particulier, ils ont clarifié l’angle de rotation de l’arbre avant le clivage ATP, une énigme de longue date, à 200°.
L’adénosine triphosphate (ATP) est la monnaie énergétique des cellules. Il alimente divers processus cellulaires qui nécessitent de l’énergie, y compris des réactions enzymatiques. L’ATP est synthétisé à l’aide d’un complexe enzymatique appelé ATP synthase de sort F. Ce complexe enzymatique a une fonctionnalité bidirectionnelle, travaillant pour synthétiser l’ATP ainsi que pour l’hydrolyser, en fonction de signaux environnementaux et cellulaires. L’ATP synthase se compose de deux moteurs rotatifs, F1 et F0. Le sous-complexe F1 est principalement composé de sous-unités α, β et γ. Au cours de l’hydrolyse de l’ATP, la F1-ATPase présente un mouvement de rotation. Par conséquent, la F1-ATPase est également connue comme le in addition petit moteur de molécule biologique rotative au monde. Cependant, le mécanisme sous-jacent de la façon dont l’hydrolyse de l’ATP fait tourner la molécule reste incertain.
Pour combler ce manque de connaissances, une équipe de chercheurs japonais, dirigée par le professeur agrégé Tomoko Masaike de l’Université des sciences de Tokyo, a entrepris d’étudier les événements à l’origine du mécanisme de rotation de la F1-ATPase dans la bactérie thermophile, Bacillus PS3. Élaborant sur les objectifs de leur étude, le Dr Masaike explique : « Nous voulions clarifier le mécanisme par lequel la F1-ATPase fait tourner l’arbre central pendant l’hydrolyse de l’ATP. Nous nous sommes concentrés sur la clarification de l’angle de rotation de l’arbre central entre la liaison du substrat ATP à l’enzyme et le clivage de sa liaison phosphate à haute énergie.” L’étude, qui a été entreprise en collaboration avec le professeur Takayuki Nishizaka de l’Université Gakushuin et Yuh Hasimoto de Hamamatsu Photonics KK, a été mise en ligne le 21 décembre 2022 et le 7 février 2023 sous forme imprimée dans Biophysical Journal.
Des recherches antérieures sur les sous-unités F1 de Bacillus PS3 ont établi que le clivage de l’ATP implique un couplage chimiomécanique, c’est-à-dire que chaque mouvement de rotation pas à pas est lié à une étape de réaction chimique. L’angle de rotation entre la liaison de l’ATP et son clivage au même website catalytique a été précédemment estimé à 200°. Cependant, les preuves expérimentales pour étayer cela ont jusqu’à présent fait défaut. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont étudié la rotation en créant un hybride F1 à l’aide d’un mutant β et de deux β de form sauvage. Étant donné que le taux de clivage de l’ATP et de liaison à l’ATP était extrêmement lent chez le mutant, les chercheurs ont pu observer facilement les pauses ou les pauses entre les étapes de rotation.
Lors de l’exécution d’un essai de rotation d’une seule molécule avec des concentrations variables d’ATP, ils ont pu observer trois séries de séjours courts et longs associés alternativement à des intervalles de 80° et 40° par tour. Pour étudier les événements associés aux séjours, les auteurs ont effectué des analyses de temps de séjour. La longue pause avant la sous-étape de 40° était indépendante de la focus d’ATP et a été confirmée comme le « séjour catalytique » – une pause dans la rotation de l’arbre due au clivage de l’ATP. Alternativement, la courte pause avant l’étape de 80 ° était clairement dépendante de la concentration d’ATP et donc identifiée comme le « séjour en attente d’ATP » (pause pour permettre à la sous-unité β de se lier à l’ATP). “En enquêtant sur la rotation de l’arbre, nous avons pu fournir des preuves visibles par microscopie optique que les angles de l’arbre lors des événements de liaison à l’ATP et de clivage chez Bacillus PS3 étaient respectivement de 0° et 200°”, explique Hasimoto.
Avec cette étude, les auteurs ont résolu un débat à lengthy terme sur l’angle de l’arbre de clivage ATP et ont établi la corrélation chimiomécanique de la fonction ATPase. Parlant des impacts futurs de leur nouvelle étude, le professeur associé Masaike précise : « Puisque la F1-ATPase est la in addition petite protéine motrice rotationnelle biologique au monde, elle peut être utilisée comme référence pour comprendre le mécanisme de la transduction d’énergie dans les organismes vivants. peut être révolutionnaire dans le développement de nanomachines efficaces. De moreover, l’ATP synthase de Mycobacterium tuberculosis a récemment été identifiée comme une cible potentielle pour la découverte de médicaments. Par conséquent, pour arrêter sa rotation à l’aide d’inhibiteurs, il est très critical de comprendre le mécanisme de rotation.