0
EN
1
المرجع الالكتروني للمعلوماتية

النبات

مواضيع عامة في علم النبات

الجذور - السيقان - الأوراق

النباتات الوعائية واللاوعائية

البذور (مغطاة البذور - عاريات البذور)

الطحالب

النباتات الطبية

الحيوان

مواضيع عامة في علم الحيوان

علم التشريح

التنوع الإحيائي

البايلوجيا الخلوية

الأحياء المجهرية

البكتيريا

الفطريات

الطفيليات

الفايروسات

علم الأمراض

الاورام

الامراض الوراثية

الامراض المناعية

الامراض المدارية

اضطرابات الدورة الدموية

مواضيع عامة في علم الامراض

الحشرات

التقانة الإحيائية

مواضيع عامة في التقانة الإحيائية

التقنية الحيوية المكروبية

التقنية الحيوية والميكروبات

الفعاليات الحيوية

وراثة الاحياء المجهرية

تصنيف الاحياء المجهرية

الاحياء المجهرية في الطبيعة

أيض الاجهاد

التقنية الحيوية والبيئة

التقنية الحيوية والطب

التقنية الحيوية والزراعة

التقنية الحيوية والصناعة

التقنية الحيوية والطاقة

البحار والطحالب الصغيرة

عزل البروتين

هندسة الجينات

التقنية الحياتية النانوية

مفاهيم التقنية الحيوية النانوية

التراكيب النانوية والمجاهر المستخدمة في رؤيتها

تصنيع وتخليق المواد النانوية

تطبيقات التقنية النانوية والحيوية النانوية

الرقائق والمتحسسات الحيوية

المصفوفات المجهرية وحاسوب الدنا

اللقاحات

البيئة والتلوث

علم الأجنة

اعضاء التكاثر وتشكل الاعراس

الاخصاب

التشطر

العصيبة وتشكل الجسيدات

تشكل اللواحق الجنينية

تكون المعيدة وظهور الطبقات الجنينية

مقدمة لعلم الاجنة

الأحياء الجزيئي

مواضيع عامة في الاحياء الجزيئي

علم وظائف الأعضاء

الغدد

مواضيع عامة في الغدد

الغدد الصم و هرموناتها

الجسم تحت السريري

الغدة النخامية

الغدة الكظرية

الغدة التناسلية

الغدة الدرقية والجار الدرقية

الغدة البنكرياسية

الغدة الصنوبرية

مواضيع عامة في علم وظائف الاعضاء

الخلية الحيوانية

الجهاز العصبي

أعضاء الحس

الجهاز العضلي

السوائل الجسمية

الجهاز الدوري والليمف

الجهاز التنفسي

الجهاز الهضمي

الجهاز البولي

المضادات الميكروبية

مواضيع عامة في المضادات الميكروبية

مضادات البكتيريا

مضادات الفطريات

مضادات الطفيليات

مضادات الفايروسات

علم الخلية

الوراثة

الأحياء العامة

المناعة

التحليلات المرضية

الكيمياء الحيوية

مواضيع متنوعة أخرى

الانزيمات

قم بتسجيل الدخول اولاً لكي يتسنى لك الاعجاب والتعليق.

ATP Synthase Comprises F0 and F1 Multiprotein Complexes

المؤلف:  Harvey Lodish, Arnold Berk, Chris A. Kaiser, Monty Krieger, Anthony Bretscher, Hidde Ploegh, Angelika Amon, and Kelsey C. Martin.

المصدر:  Molecular Cell Biology

الجزء والصفحة:  8th E , P553-554

2026-08-04

31

+

-

20

With general acceptance of Mitchell’s chemiosmotic mechanism, researchers turned their attention to the structure and operation of ATP synthase. The complex has two principal subcomplexes, F0 and F1, both of which are multimeric proteins (Figure1a). The F0 subcomplex contains three types of integral membrane proteins, designated a, b, and c. In bacteria and in yeast mitochondria, the most common subunit stoichiometry is a1b2c10, but the number of c subunits per sub complex varies among different eukaryotes from 8 to 15. In all cases, the c subunits form a doughnut-shaped ring (“c ring”) in the plane of the membrane. The one a and two b subunits are rigidly linked to one another, but not to the c ring, a critical feature of the protein to which we will return shortly.

Fig1. Structure of ATP synthase (the F0F1 complex) in the bacterial plasma membrane and mechanism of proton translocation across the membrane. (a) The F0 membrane-embedded subcomplex of ATP synthase is built of three integral membrane proteins: one copy of a, two copies of b, and an average of ten copies of c arranged in a ring in the plane of the membrane. Two proton half-channels near the interfaces of subunit a with the c subunits mediate proton movement across the membrane (proton path is indicated by red arrows). Half-channel I allows protons to move one at a time from the exoplasmic medium (equivalent to intermembrane space in mitochondria) to the negatively charged side chain of Asp-61 in the center of a c subunit near the middle of the membrane. The proton-binding site in each c subunit is represented as a white circle with a blue “−” representing the negative charge on the side chain of Asp-61. Half-channel II permits protons to move from the Asp-61 of an adjacent c subunit into the cytosolic medium. The detailed structure of the c ring and a portion of the adjacent a subunit is shown in Figure 2. The F1 subcomplex of ATP synthase contains three copies each of subunits α and β, which form a hexamer resting atop the single rod-shaped γ subunit, which is inserted into the c ring of F0. The ε subunit is rigidly attached to the γ subunit and also to several of the c subunits. The δ subunit permanently links one of the α subunits in the F1 subcomplex to the b subunit of F0. Thus the F0 a and b sub units and the F1 δ subunit and (αβ)3 hexamer form a rigid structure (orange) anchored in the membrane. During proton flow, the c ring and the attached F1 ε and γ subunits rotate as a unit (green), causing conformational changes in the F1 β subunits, leading to ATP synthesis. (b) Potential mechanism of proton translocation. Step 1 : A proton from the exoplasmic space enters half-channel I and moves toward the “empty” (unprotonated) Asp-61 proton-binding site. The negative charge (blue “−”) on the unprotonated side chain Asp-61 is balanced, in part, by a positive charge on the side chain of Arg-210 (red “+”). Step 2: The proton fills the empty proton-binding site and simulta neously displaces the positively charged Arg-210 side chain, which swings over to the filled proton-binding site on the adjacent c subunit (curved arrow). As a consequence, the proton bound at that adjacent site is displaced. Step 3 : The displaced adjacent proton moves through half-channel II and is released into the cytosolic space, leaving an empty proton-binding site on Asp-61. Step 4: Counterclockwise rotation of the entire c ring moves the “empty” c subunit over half-channel I. Step 5: The process is repeated. See M. J. Schnitzer, 2001, Nature 410:878; P. D. Boyer, 1999, Nature 402:247; and C. von Ballmoos, A. Wiedenmann, and P. Dimroth, 2009, Annu. Rev. Biochem. 78:649.

Fig2. High-resolution electron microscopy-based mechanism of proton translocation and bending of cristae membranes by ATP synthase. (a) and (b) The interface be tween the c ring (green) and a subunit (orange) of detergent-solubilized mitochondrial ATP synthase from the alga Polytomella sp., imaged by single-particle cryoelectron microscopy (∼0.62 nm resolution), is shown (a) from within the plane of the inner mitochondrial membrane (side view) and (b) after a 90° rotation (top view). The movement of protons through half-channels I and II and the rotation of the c ring are described in detail in Figure 12-31. (a) Cross section through the c ring (right) shows that each c subunit is a transmembrane helical hairpin – two adjacent transmembrane α helices connected by a short nonhelical linker on the matrix side of the membrane. The negative side chain of the c subunit’s Asp61 in the middle of the membrane is thought to both serve as a binding site for translocating protons and interact with the side chain of the a subunit’s Arg210. (c) A model of the bovine heart mitochondrial ATP synthase is based on cryoelectron tomography and electron crystallographic image processing from crystalline ATP synthase in artificial membranes. Each F0F1 monomer bends the membrane by ∼43° toward the intermembrane space (IMS), resulting in dimers bend ing the membrane by ~86°. The rotating c ring and γ and ε subinits are colored green, and the remaining static portions of the enzyme are shown in orange. (d) Cryoelectron tomographic image of frozen membranes from purified Saccharomyces cerevisiae (yeast) mitochondria. The surfaces of the ATP synthase complexes (orange) and the membrane (gray) show that the enzymes dimerize as in (c) and align into long rows that bend the membranes into characteristic tubular and flat, pancake like cristae. [Parts (a) and (b) reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd., from Allegretti, M., et al., “Horizontal membrane-intrinsic α-helices in the stator a-subunit of an F-type ATP synthase,” Nature, 2015, 521, pp 237-240, 2015; permission conveyed through the Copyright Clearance Center, Inc. Part (c) data from C. Jiko et al., 2015, eLife 4:e06119. Part (d) from Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012. 109(34):13602-13607, Fig. 4C and D. “Structure of the yeast F1Fo-ATP synthase dimer and its role in shaping the mitochondrial cristae.”]

The F1 subcomplex is a water-soluble complex of five distinct polypeptides with the composition α3β3γδε that is normally firmly bound to the F0 subcomplex at the surface of the membrane. The lower end of the rodlike γ subunit of the F1 subcomplex is a coiled coil that fits into the center of the c-subunit ring of F0 and appears rigidly attached to it. Thus when the c-subunit ring rotates, the rodlike γ subunit moves with it. The F1 ε subunit is rigidly attached to γ and also forms tight contacts with several of the c subunits of F0. The α and β subunits are responsible for the overall globular shape of the F1 subcomplex and associate in alternating order to form a hexamer, αβαβαβ, or (αβ)3, which rests atop the single long γ subunit. The F1 δ subunit is permanently linked to one of the F1 α subunits and also binds to the b subunit of F0. Thus the a and b subunits of the F0 subcomplex and the δ subunit and (αβ)3 hexamer of the F1 subcomplex form a rigid structure anchored in the membrane. The rodlike b subunits form a “stator” that prevents the (αβ)3 hexamer from moving while it rests on the γ subunit, whose rotation, together with that of the c subunits of F0, plays an essential role in the ATP synthesis mechanism described below.

When ATP synthase is embedded in a membrane, the F1 subcomplex forms a knob that protrudes from the cytosolic face (the matrix face in the mitochondrion). Because F1 separated from membranes is capable of catalyzing ATP hydro lysis (ATP conversion to ADP plus Pi) in the absence of the F0 subcomplex, it has been called the F1 ATPase; however, its function in cells is the reverse, to synthesize ATP. ATP hydrolysis is a spontaneous process (ΔG < 0); thus energy is required to drive the ATPase “in reverse” and generate ATP.

محمد الموسوي2026-08-04

يتحدث النص عن التركيب وآلية عمل إنزيم تصنيع الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP synthase أو F₀F₁ complex)، المسؤول عن إنتاج ATP في البكتيريا والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. يوضح أن الإنزيم يتكون من جزأين رئيسيين: F₀ المدمج في الغشاء، والذي يسمح بمرور البروتونات، وF₁ الذي يحتوي على الموقع المسؤول عن تصنيع ATP. ويؤدي تدفق البروتونات عبر F₀ إلى دوران الحلقة والوحدة γ، مما يحدث تغيرات شكلية في الوحدات β داخل F₁ تؤدي إلى تكوين ATP من ADP والفوسفات غير العضوي. كما يبين النص أن الدراسات البنيوية بالمجهر الإلكتروني كشفت تفاصيل هذه الآلية ودور الإنزيم في تشكيل أعراف الميتوكوندريا (Cristae)، وأن الطاقة اللازمة لتصنيع ATP تأتي من القوة الدافعة للبروتونات (Proton-Motive Force).

حالة التعديل

اخفاء الردود

رد

1
309785

المزيد

اخر الاخبار

اشترك بقناتنا على التلجرام ليصلك كل ما هو جديد