초록 :
세포 에너지 생산에서 중요한 효소 인 ATP 신타 제는 촉매주기 동안 동적 형태 변화를 겪는다. ATP 신타 제의 흥미로운 측면 중 하나는 다른 pH 환경에서 기능하는 능력입니다. 그의 활성은 생리 학적 pH에서 최적이지만 ATP 신타 제는 또한 산성 pH에서 상당한 활성을 나타낸다. 그러나, 산성 조건에서의 성능의 기초가되는 상세한 메커니즘은 여전히 잘 이해되지 않았다.
이 연구에서 우리는 산성 상태에서 ATP 신타 제의 구조적 및 기능적 특성을 조사하기 위해 실험 기술과 계산 모델링의 조합을 사용했습니다. 최첨단 냉동 전자 현미경을 사용하여, 본 발명자들은 호모 성 박테리아 인 Thermus thermophilus로부터 ATP 신타 제의 고해상도 구조를 6.0의 산성 pH로 포획 하였다. 이들 구조의 상세한 분석은 중성 pH에서 얻은 잘 알려진 구조와 비교하여 현저한 차이를 나타냈다. 산성 pH는 막 횡단 도메인, 중심 줄기 및 말초 줄기의 조정을 포함하여 효소에서 유의 한 형태 변화를 유도 하였다.
우리의 생화학 적 분석법은 구조적 발견을 보완하여 ATP 신타 제가 산성 pH에서 상당한 ATP 합성 활성을 유지한다는 것을 입증했다. 동역학 측정은 효소의 동역학 파라미터에서 변경을 나타내 었으며, 이는 산성 환경에 대한 적응을 시사한다. 또한, 부위 지향 된 돌연변이 유발 실험은 산성 pH에서 활성을 유지하는 데 중요한 특정 아미노산 잔기를 지적했다.
산성 조건에서 ATP 신타 제의 동적 거동에 대한 더 깊은 통찰력을 얻기 위해 광범위한 분자 역학 시뮬레이션을 수행했습니다. 이러한 시뮬레이션은 ATP 합성에 관여하는 구조적 변동, 구조적 변화 및 양성자 전달 경로의 원자 수준 세부 사항을 산출 하였다. 계산 결과는 실험 관찰을 확증하고 효소 기능의 에너지 측면을 해부하기위한 기초를 제공했다.
포괄적 인 조사를 통해 우리는 산성 상태에서 ATP 신타 제의 기능적 메커니즘에 대한 이해를 크게 확장했습니다. 이 연구는 다양한 pH 조건에 대한 효소의 적응성에 빛을 비추는데, 이는 세포 내 산성 구획, 산성 유기체 및 가혹한 산업 응용 분야를 포함한 다양한 생물학적 환경에서의 기능과 관련이있다. 또한, 우리의 연구 결과는 생체 에너지 및 효소 촉매에 대한 광범위한 이해에 기여하여 향후 연구 및 잠재적 인 생명 공학적 응용을위한 길을 열었습니다.
