Informácie

ATP k rozloženiu pomeru nukleotidov

ATP k rozloženiu pomeru nukleotidov



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

DNA helikáza, enzým, ktorý je zodpovedný za roztrhnutie vlákien pred replikáciou DNA, vyžaduje ATP na roztrhnutie nukleotidov. Túto otázku som položil viacerým profesorom a nevedeli mi dať jasnú odpoveď. Moja otázka: Aký je pomer rozpadu väzby ATP:nukleotid? Inými slovami, koľko nukleotidových väzieb môže byť prerušených z jedného ATP cez helikázu.


Odpoveď na to možno nie je taká jednoduchá, ako si možno myslíte, čiastočne preto, že v ľudskom tele je veľa rôznych helikáz. Existuje aj určitá pasívna aktivita helikázy, ktorá nevyžaduje ATP.

Nie je presne jasné, či sa ATP podieľa len na translokácii helikázy alebo na skutočnom odvíjaní.

Pre RecQ helicase in E. coli, jedna štúdia zistila, že "stanovená tesná mechanochemická väzba 1,1 ± 0,2 ATP spotrebovaného na prejdený nukleotid naznačuje mechanizmus palcového typu." Pre viac informácií pozri Sarlós et al. (2012).

Iná štúdia (Donmez a Patel, 2008) poznamenáva, že „V porovnaní s nekruhovými helikázami, ako sú PcrA (Dillingham a kol., 2000) a UvrD (Tomko a kol., 2007), ktoré sa pohybujú v priemere o 1 nt na každý ATP po hydrolýze je špirálovitá špirála T7 v tvare prstenca trikrát úspornejšia.“ To ukazuje, že môžu existovať veľké rozdiely.

Zrátané a podčiarknuté – na prstoch spočítate počet nukleotidov odvinutých helikázou na ATP.


Translokátor adenínového nukleotidu

Translokátor adenínového nukleotidu (ANT), tiež známy ako ADP/ATP translokáza (ANT), Nosný proteín ADP/ATP (AAC) alebo mitochondriálny ADP/ATP nosič, vymieňa voľný ATP s voľným ADP cez vnútornú mitochondriálnu membránu. [1] [2] ANT je najhojnejší proteín vo vnútornej mitochondriálnej membráne a patrí do rodiny mitochondriálnych nosičov. [3]

Voľný ADP je transportovaný z cytoplazmy do mitochondriálnej matrice, zatiaľ čo ATP produkovaný oxidatívnou fosforyláciou je transportovaný z mitochondriálnej matrice do cytoplazmy, čím poskytuje bunkám hlavnú energetickú menu. [4] ADP/ATP translokázy sú exkluzívne pre eukaryoty a predpokladá sa, že sa vyvinuli počas eukaryogenézy. [5] Ľudské bunky exprimujú štyri ADP/ATP translokázy: SLC25A4, SLC25A5, SLC25A6 a SLC25A31, ktoré tvoria viac ako 10 % proteínu vo vnútornej mitochondriálnej membráne. [6] Tieto proteíny sú zaradené do nadrodiny mitochondriálnych nosičov.


Stiahnite si a vytlačte tento článok pre svoje osobné vedecké, výskumné a vzdelávacie účely.

Kúpte si jedno vydanie Veda len za 15 USD.

Veda

Zväzok 331, vydanie 6014
14. januára 2011

Nástroje článku

Ak chcete pridať upozornenie na tento článok, prihláste sa.

Autor: Michael J. Rust, Susan S. Golden, Erin K. O’Shea

Veda 14. januára 2011: 220-223

Zložky cirkadiánnych hodín cyanobaktérií sú priamo spojené s metabolickým stavom bunky prostredníctvom interakcií s adenínovými nukleotidmi.


Príklady nukleotidov

Adenín

Adenín je purín, ktorý je jednou z dvoch rodín dusíkatých zásad. Puríny majú dvojkruhovú štruktúru. V DNA sa adenín viaže s tymínom. V RNA sa adenín viaže s uracilom. Adenozíntrifosfát, ako bolo diskutované vyššie, používa ako bázu nukleotid adenín. Odtiaľ môžu byť pripojené tri fosfátové skupiny. To umožňuje uloženie veľkého množstva energie do väzieb. Z rovnakého dôvodu, prečo je cukrovo-fosfátová kostra taká silná, sú aj väzby v ATP. V kombinácii so špeciálnymi enzýmami, ktoré sa vytvorili na uvoľnenie energie, sa môže preniesť na iné reakcie a molekuly.

Guanín

Rovnako ako adenín, aj guanín je purínový nukleotid, ktorý má dvojitý kruh. Viaže sa s cytozínom v DNA aj RNA. Ako je vidieť na obrázku vyššie, guanín sa viaže na cytozín prostredníctvom troch vodíkových väzieb. Vďaka tomu je väzba cytozín-guanín o niečo silnejšia ako väzba tymín-adenín, ktorá tvorí iba dve vodíkové väzby.

Cytozín

Pyrimidíny sú ďalšou triedou nukleotidov. Cytozín je pyrimidínový nukleotid, ktorý má vo svojej štruktúre iba jeden kruh. Cytozín sa viaže s guanínom v DNA aj RNA. Spojením s nukleotidom guanínom tvoria tieto dva silný pár.

Tymín

Rovnako ako nukleotid cytozín, tymín je pyrimidínový nukleotid a má jeden kruh. Viaže sa s adenínom v DNA. Tymín sa v RNA nenachádza. V DNA tvorí iba dve vodíkové väzby s adenínom, čo z nich robí slabší pár.

Uracil

Uracil je tiež pyrimidín. Počas transkripcie z DNA na RNA sa uracil umiestni všade, kam by sa tymín normálne dostal. Dôvod tohto nie je úplne objasnený, hoci uracil má určité zreteľné výhody a nevýhody. Väčšina tvorov nepoužíva uracil v DNA, pretože má krátku životnosť a môže sa rozložiť na cytozín. Avšak v RNA je uracil preferovaným nukleotidom, pretože RNA je tiež molekula s krátkou životnosťou.


Meióza tiež zahŕňa DSB

Rekombinácia medzi homológnymi chromozómami v meióze I tiež zahŕňa tvorbu DSB a ich opravu. Nie je teda prekvapujúce, že tento proces využíva rovnaké enzýmy.

Meióza I so zarovnaním homológnych sekvencií poskytuje mechanizmus na opravu poškodenej DNA, čiže mutácie. v skutočnosti sa mnohí biológovia domnievajú, že hlavnou funkciou sexu je poskytnúť tento mechanizmus na zachovanie integrity genómu.

Väčšina génov na ľudskom chromozóme Y však nemá žiadny náprotivok na chromozóme X, a preto nemôžu využívať tento opravný mechanizmus. Zdá sa, že tento problém riešia tým, že majú viacero kópií toho istého génu &mdash orientovaných v opačných smeroch. Slučka intervenujúcej DNA spája duplikáty a umožňuje opravu homológnou rekombináciou.


Polymerizácia a depolymerizácia aktínu s nukleotidovými stavmi na koncoch vlákna

Polymerizácia indukuje hydrolýzu ATP naviazaného na aktín, po ktorej nasleduje uvoľnenie y-fosfátu, čo pomáha urýchliť rozklad aktínových filamentov na ADP-G-aktín. Mechanické pochopenie tejto korelácie medzi zostavením aktínu a hydrolýzou ATP je predmetom intenzívnych štúdií v biochémii a štrukturálnej biológii po mnoho desaťročí. Hoci k polymerizácii a depolymerizácii aktínu dochádza iba na ostnatých alebo zahrotených koncoch a kinetické a rovnovážne vlastnosti sa od seba podstatne líšia, charakterizovať ich vlastnosti pomocou hromadných testov je ťažké, pretože tieto testy uvádzajú priemer všetkých aktínových filamentov v roztoku. a preto nie sú schopní rozoznať vlastnosti jednotlivých aktínových filamentov. Biochemické štúdie polymerizácie a hydrolýzy aktínu boli brzdené týmito inherentnými vlastnosťami aktínových filamentov. Totálna vnútorná reflexná fluorescenčná mikroskopia (TIRF) prekonala tento problém pozorovaním jednotlivých aktínových vlákien. S TIRF teraz vieme nielen to, že každý koniec má odlišné vlastnosti, ale aj to, že rýchlosť uvoľňovania y-fosfátu je oveľa rýchlejšia z koncov ako z vnútra aktínových filamentov. Rýchlosť uvoľňovania y-fosfátu z koncov aktínových filamentov je ešte zrýchlená, keď sa latrunkulín A naviaže. Tieto zistenia zdôrazňujú dôležitosť vyriešenia štrukturálnych rozdielov medzi molekulami aktínu vo vnútri vlákna a molekulami na oboch koncoch vlákna. Tento prehľad poskytuje históriu pozorovania aktínových filamentov pod svetelnou mikroskopiou, prehľad dynamických vlastností hydrolýzy ATP na konci aktínového vlákna a štrukturálne pohľady na uvoľňovanie y-fosfátu.

Toto je ukážka obsahu predplatného, ​​prístup cez vašu inštitúciu.


Úvod

Membránový enzým FoF1-ATP syntáza je všadeprítomný proteínový stroj, ktorý produkuje väčšinu bunkovej „energetickej meny“ adenozíntrifosfát ATP. Enzým pôsobí v plazmatickej membráne baktérií, v tylakoidnej membráne chloroplastov a vo vnútornej membráne mitochondrií. Je poháňaný protónovou hybnou silou ( 1 ), ktorá zahŕňa rozdiel v koncentrácii protónov (alebo Na + v niektorých organizmoch) plus elektrický potenciál cez membránu na uskutočnenie konverzie ADP a Pi do ATP.

Na začiatku osemdesiatych rokov si Paul Boyer predstavil rotáciu podjednotiek podobnú motoru ako spôsob, akým rôzne katalytické kroky v každom z troch väzbových miest katalytických nukleotidov F1 časť FoF1-ATP syntázy boli synchronizované „jadrom riadiacej podjednotky“ (2, 3). Vychádzal zo skutočnosti, že F1 časť obsahuje tri katalyticky aktívne plus tri nekatalytické väzbové miesta pre nukleotidy, to znamená pre ATP, ADP alebo Pi. F1 časť z Escherichia coli enzým môže tiež hydrolyzovať ATP na ADP a Pi v prítomnosti Mg2+, s 105-násobným zvýšením rýchlostí zo substechiometrických na vysoké koncentrácie ATP (prehľad v (4)). Táto silná pozitívna kooperatívnosť pre rýchlosť hydrolýzy ATP bola vysvetlená režimom „kruhovej katalýzy“ troch katalytických miest viažucich nukleotidy (zhrnuté v (5) so zoznamom 65 experimentálnych zistení na podporu „mechanizmov zmeny väzby“) pred prvá atómová štruktúra mitochondriálneho F s vysokým rozlíšením1 z bovinného srdca ohlásil John Walker a spolupracovníci v roku 1994 ( 6 ).

Táto röntgenová štruktúra mitochondriálneho F1 ukazuje tri α- a tri β-podjednotky striedavo usporiadané v hexamérnom kruhu a y-podjednotku centrovanú v strede. Obsah nukleotidov v každom z troch katalytických miest bol odlišný, rovnako ako konformácie troch p-podjednotiek, ktoré tieto miesta obsahovali hlavne. Centrálna γ-podjednotka vykazovala asymetrickú štruktúru s veľkými kontaktnými plochami pre všetky tri β-podjednotky. Ukázalo sa, že orientácia y striktne súvisela s β-konformáciou a s obsahom príslušného nukleotidového väzbového miesta. Preto bola štruktúra interpretovaná ako podpora „mechanizmu zmeny väzby“ a rotačného pohybu y-podjednotky. Následne bola obom vedcom (ako aj Jensovi Skouovi za identifikáciu pumpy Na + /K +) udelená Nobelova cena za chémiu za rok 1997.

Okamžite boli vyvinuté spektroskopické prístupy na odhalenie rotácie y-podjednotky počas katalýzy. Thomas Duncan a Richard Cross (7, 8) použili reverzibilné biochemické zosieťovanie rádioaktívne označených podjednotiek E. coli F1 ukázať, že orientácia y-podjednotky sa mení počas hydrolýzy ATP aj syntézy ATP vzhľadom na jednu označenú β-podjednotku. Wolfgang Junge a spolupracovníci ( 9 ) použili fluorofór pripojený k γ-podjednotke imobilizovaného chloroplastu F1. Obnova polarizovanej absorbancie po anizotropnom fotobielení (9) v prítomnosti ATP indikovala hydrolýzou indukovanú rotačnú reorientáciu fluorescenčne značenej y-podjednotky.

Usporiadanie podjednotiek v FoF1-ATP syntáza je inherentne asymetrická. Bakteriálny enzým z E. coli obsahuje nielen rotačné podjednotky γ a ε ako centrálne spojenie s prstencom 10 membránovo zabudovaných c-podjednotky Fo časť, ale aj jedno periférne spojenie, ktoré je vytvorené δ-podjednotkou F1 a dimerický b2 plus a- podjednotky Fo. Na monitorovanie rotácie pomocou experimentov typu zastaveného toku vyvstáva otázka, ako synchronizovať tieto rôzne orientácie rotačných podjednotiek vzhľadom na tieto periférne nerotujúce časti enzýmu? Keďže to nie je možné dosiahnuť, výhody monitorovania jednej molekuly naraz sú zrejmé. V zásade chceme pozorovať jeden enzým po dlhú dobu, aby bolo možné identifikovať všetky konformácie vyskytujúce sa postupne počas katalytického cyklu a charakterizovať prechody medzi nimi.


6 Súhrn, perspektíva a výhľad

Stručne povedané, vývoj ATP-responzívnych a ATP-poháňaných samoskladajúcich sa systémov a materiálov je vysoko motivovaný na základe biologického významu ATP. ATP je široko používaný v biologických systémoch na reguláciu rôznych metabolických procesov a na poskytovanie aktívnych systémov. Príkladom je použitie v chemických syntézach, význam ako chemický posol, pre vybudovanie dynamického cytoskeletu, pre transport pomocou molekulárnych motorov, šírenie nervových impulzov a svalovú kontrakciu. [1-3, 204-208] Má tiež zreteľne odlišné koncentrácie vo vnútri a mimo cytosólu a malígne tkanivá, ako je rakovina, vykazujú vyššie hladiny ATP, čo otvára relevantné dvere pre cielenie buniek a chorôb.

Všetky vyššie diskutované systémy zdieľajú spoločné princípy integrácie ATP: Buď sa ATP používa ako zložka, ktorá sa skladá, alebo sa jeho chemická energia (a niekedy aj časti jeho štruktúry) prenáša na spustenie samoskladajúcich sa systémov. Je úplne jasné, že kľúčovou otázkou zostáva selektivita v systémoch spoločnej montáže. Iste, existovali mimoriadne prepracované prístupy z oblasti supramolekulárnej chémie, pokiaľ ide o navrhovanie receptorových jednotiek a tiež pole aptamérov DNA/RNA poskytuje atraktívne jednotky, ale selektivita voči ATP oproti AXP alebo XTP zostáva obmedzená a čiastočne sa neuvádza pre špecifické systémov. To si vyžaduje návrh ešte prepracovanejších receptorových jednotiek z oblasti supramolekulárnej chémie a tiež polia aptamérov DNA / RNA sa vo veľkej miere spoliehajú na relatívne staré sekvencie, ktoré by mohli nájsť optimalizáciu z hľadiska selektivity. Jednou z nevyriešených výziev je tiež premýšľať v smere rozpoznávania a manipulácie s inými typmi nukleozidtrifosfátov, aby sa dostali na dosah samozostavy reagujúce na GTP a poháňané palivom. Z dlhodobého hľadiska by to mohlo poskytnúť ortogonálne in vivo samozostavy reagujúce na ATP a GTP oddelene. V tejto súvislosti je tiež dôležité uvedomiť si, že mnohé z ATP-responzívnych nosičov liekov pôsobia v prostredí in vitro s bunkovými líniami, čo je povzbudzujúce, ale ďalšou výzvou by bolo preložiť ich do prostredí in vivo.

Najselektívnejšie „rozpoznanie“ a manipulácia s ATP v samozostavujúcich sa systémoch sa dá dosiahnuť pomocou enzýmov, ktoré dodávajú ATP, ktoré používajú ATP na chemické reakcie alebo ktoré degradujú ATP. Kľúčovou výhodou je skutočnosť, že tieto biokatalyzátory umožňujú vynikajúcu kontrolu nad reakčnými rýchlosťami a nad tým, ako sa ATP používa v systéme. Bolo vyvinutých niekoľko pomerne sofistikovaných stratégií, aby enzýmy pracovali v tandeme alebo antagonistickým spôsobom. Enzymatické reakcie spotrebovávajúce ATP však tiež vykazujú vysokú selektivitu voči substrátom, čo znamená, že by to mohlo obmedziť možný priestor stavebných blokov na zacielenie na iné samozostavujúce sa štruktúry. Je kritické, že v mnohých prípadoch je životnosť alebo tiež inhibícia enzýmov neznámym faktorom a môže sa meniť v závislosti od pufra a systému samozostavovania a variácie medzi jednotlivými šaržami a výrobcami sú neznáme faktory. Univerzálne riešenie tohto problému určite neexistuje a zostáva na výskumných tímoch, aby zabezpečili robustnosť svojich systémov a v ideálnom prípade prediskutovali údaje na túto tému. Pokiaľ ide o aplikácie v systémoch in vivo, je zrejmé, že správne enzýmy nemusia byť vždy prítomné vo vhodných koncentráciách pre cielené správanie, a preto sú takéto systémy v súčasnosti najviac relevantné pre vývoj smerom ku komplexným chemickým systémom.

Podľa stupňa ich autonómnych operácií a zložitosti systému ich možno kategorizovať ako jednosmerné samozostavy spustené ATP, reverzibilné samozostavy sprostredkované protispúšťačom a autonómne systémy poháňané ATP, ktoré umožňujú inherentne zabudované deaktivačné procesy. Takmer všetky reverzibilné procesy doteraz zahŕňajú použitie enzýmov na degradáciu ATP alebo na odštiepenie niektorých chemických skupín vytvorených použitím ATP. Je zrejmé, že ako perspektíva smerom k dizajnu autonómnych systémov a potenciálneho priblíženia sa k biologickým aktínovým a mikrotubulovým systémom by bolo potrebné implementovať aktivitu ATPázy, ktorá je prítomná v aktíne, kde dochádza k hydrolýze a cez väzbové vrecko chemického paliva. .

Systémy poháňané ATP pre návrh autonómnych systémov sa týkajú vznikajúcej a veľmi aktívnej oblasti nerovnovážnych samozostáv. [42, 81, 84, 88, 200] Aj keď rozpracovanie všetkých rozdielov rôznych prístupov nie je ústrednou časťou tohto prehľadu, je dôležité poukázať na niektoré hlavné. Rozlišovaním spôsobu, akým sa ATP skladuje a používa v zostavených štruktúrach, boli vyvinuté dva hlavné typy samozostavieb poháňaných palivom ATP. [180, 181] V prvom prípade konverzia paliva na odpad nezahŕňa ani monoméry, ani zostavy a ATP je priamo hydrolyzovaný pridaným enzýmom. ATP sa viac používa ako signál na vytvorenie aktívneho prostredia, ktorého časová degradácia je presne riadená. V druhom prípade je spotreba ATP vedená cez samouskladajúce sa molekuly (aktívne štruktúry), väčšinou prostredníctvom niektorých kovalentných procesov na prenos jeho energie. Obidva prístupy majú svoje výhody a nevýhody a je potrebné vyriešiť mnoho výziev. Prvý prístup umožňuje ľahký prístup k programovateľným životnosťám založeným na kozostavách reagujúcich na ATP. Keďže je však ATP prítomný v nadbytku a pretože k degradácii ATP dochádza prednostne na základe rozpusteného ATP, nemožno očakávať prepracovanú štrukturálnu dynamiku podobnú cytoskeletu. Druhý prístup sa často spolieha na špecifickejšie enzymatické systémy, ktoré je potrebné starostlivo vybrať pre jednotlivé jednotky molekulového zostavovania. Okrem prístupu k programovateľným dobám životnosti takéto systémy v zásade ponúkajú aj prístup k štrukturálnej dynamike v ustálenom stave riadenom ATP, pretože príjem a disipácia energie prebiehajú súčasne a sú spojené s modifikáciami jednotiek tvoriacich štruktúru. Tieto energetické udalosti však musia tiež korelovať s kinetikou štrukturálnych prechodov, čo si vyžaduje obmedzené alebo dokonale prispôsobené kinetické posuny na realizáciu štrukturálnej dynamiky (ako je výmena podobná toku alebo nestability). Pochopenie tejto štrukturálnej dynamiky si často vyžaduje náročné experimentálne overenie. Vo všetkých týchto prípadoch sa tieto prístupy autonómnych systémov čoraz viac zameriavajú na oblasť systémovej chémie. Zvýšenie robustnosti sietí enzymatických reakcií a diverzifikácia ich správania pomocou kombinácií stavebných blokov a zvýšených spätnoväzbových slučiek poskytuje dostatok príležitostí pre budúce výskumné snahy v zložitých systémoch. To isté platí pre kolektívne vlastnosti vznikajúce z koordinovaných interakcií entít rozptyľujúcich energiu, ktoré vedú k časopriestorovej organizácii.

Celkovo sú vznikajúce samouskladacie systémy spustené ATP a poháňané ATP stále relatívne zjednodušujúce, pokiaľ ide o metabolické procesy sprostredkované ATP, ktoré sa nachádzajú v prírode. Vývoj nerovnovážneho samozostavovania poháňaného ATP je v ešte skoršom štádiu v porovnaní s klasickejšími prístupmi k systémom reagujúcim na ATP. Je však zrejmé, že obe triedy - systémy reagujúce na ATP a systémy poháňané ATP - ako založené na presne skonštruovaných molekulárnych systémoch, majú veľký prísľub interakcie s biologickými systémami. Môže sa to týkať inteligentných nosičov liekov alebo biomateriálov reagujúcich na ATP v krátkodobom horizonte alebo implantátov typu aktívnej hmoty rozptyľujúcich ATP, ktoré môžu dlhodobo vytvárať prácu a vykonávať funkcie využívajúce energiu poskytovanú biologickým systémom. Lepšie pochopenie ATP ako energetickej a signálnej meny biológie a implementácia týchto princípov do syntetických materiálov poskytne potrebný súbor nástrojov na dlhodobé prekonanie priepasti medzi čisto živými systémami a čisto syntetickými materiálmi s cieľom dosiahnuť systémy materiálov podobných životu. komunikovať, reagovať a interagovať s biologickými systémami založenými na biologických palivách a signáloch.


ÚVOD

Mnoho endozomálnych nákladov určených pre lyzozóm podlieha ďalšej úrovni triedenia počas tvorby multivezikulárnych teliesok (MVB) (Slagsvold a kol., 2006 Piper a Luzio, 2007 Raiborg a Stenmark, 2009). Defekty v triedení MVB stabilizujú náklad, ktorý je normálne zacielený na degradáciu prostredníctvom tejto cesty a môžu mať za následok predĺženú signalizáciu aktivovaných receptorov rastových faktorov, ktoré nedokážu vstúpiť do MVB (Gruenberg a Stenmark, 2004 Slagsvold a kol., 2006 Tanaka a kol., 2008 Stuffers a kol., 2009). Triedenie MVB je zachované v eukaryotoch, rovnako ako bunkový mechanizmus zodpovedný za túto reakciu: endozomálne triediace komplexy potrebné na transport (ESCRT) a súvisiace proteíny (Piper a Katzmann, 2007 Hurley, 2008 preskúmané v Davies a kol., 2009 Raiborg a Stenmark, 2009). ESCRT-0, -I, -II a -III a súvisiace proteíny vykonávajú selekciu nákladu a deformáciu membrány počas triedenia MVB. Mechanizmus ESCRT tiež prispieva k topologicky podobným udalostiam deformácie membrány vrátane pučania obalených vírusov a abscisie membrány počas cytokinézy (Morita a Sundquist, 2004 Carlton a Martin-Serrano, 2007 Morita a kol., 2007 Carlton a kol., 2008 Lee a kol., 2008). Deformácia membrány sprostredkovaná ESCRT teda ovplyvňuje bunkovú fyziológiu na viacerých úrovniach.

ESCRT-III je medzi ESCRT jedinečný v tom, že jeho membránový nábor a montáž sú zhodné (Katzmann a kol., 2001 Babst a kol., 2002a Babst a kol., 2002b Bilodeau a kol., 2003). Kvasinky ESCRT-III obsahujú štyri základné podjednotky nevyhnutné pre triedenie MVB (Vps20, Snf7, Vps24 a Vps2) a tri doplnkové podjednotky (Did2, Ist1 a Vps60), ktoré fungujú redundantným spôsobom (Babst a kol., 2002a Dimaano a kol., 2008 Rue a kol., 2008 Bajorek a kol., 2009b Xiao a kol., 2009). Hoci podjednotky ESCRT-III vykazujú konzervovanú jadrovú terciárnu štruktúru (Muziol a kol., 2006 Bajorek a kol., 2009b Xiao a kol., 2009), vykazujú divergenciu na svojich karboxylových koncoch a zdá sa, že prispievajú jedinečnými funkciami k ESCRT-III.

Genetické a biochemické dôkazy podporujú dočasný nábor a zostavenie podjednotiek ESCRT-III do polyméru, o ktorom sa predpokladá, že nadobudne fibrilovú formu (Babst a kol., 2002a Ghazi-Tabatabai a kol., 2008 Hanson a kol., 2008 Lata a kol., 2008 Teis a kol., 2008 Saksena a kol., 2009). In vitro pridanie základných podjednotiek ESCRT-III do obrovských unilamelárnych vezikúl naznačilo, že ESCRT-III môže riadiť tvorbu ILV, avšak kontinuálna tvorba ILV si vyžadovala pridanie Vps4, aby sa umožnila opakovaná funkcia ESCRT-III (Wollert a kol., 2009). Štúdie in vivo naznačujú úlohu Vps4 pri sprostredkovaní demontáže ESCRT-III, ale presné úlohy Vps4 a ESCRT-III počas tvorby ILV nie sú pochopené (Davies a kol., 2009 Hanson a kol., 2009). Vps4 je AAA-ATPáza typu 1, ktorá obsahuje amino-terminálnu doménu interagujúcu s mikrotubulami a obchodovaním s nimi (MIT), ktorá sa viaže na ESCRT-III (Babst a kol., 1997 Scott a kol., 2005a Scott a kol., 2005b Obita a kol., 2007 Stuchell-Brereton a kol., 2007 Kieffer a kol., 2008). Predpokladá sa, že cyklus ATPázy Vps4 je ovplyvnený interakciou s polymérmi ESCRT-III spojenými s membránou: Väzba ESCRT-III uľahčuje oligomerizáciu Vps4 oligomerizácia stimuluje hydrolýzu Vps4 ATP a hydrolýza ATP bola navrhnutá tak, aby viedla k disociácii oligoméru Vps4 aj ESCRT- III demontáž, uvoľnenie podjednotiek ESCRT-III do cytoplazmy (Babst a kol., 1997 Babst a kol., 1998 Scott a kol., 2005a Landsberg a kol., 2009). Alternatívny model však navrhol, že Vps4 funguje ako stabilný oligomér počas rozkladu ESCRT-III, ako naznačuje aktivita podporujúca oligomerizáciu kofaktora Vps4 Vta1, mutácia centrálneho póru Vps4 a analogicky s inými AAA-ATPázami. (Scott a kol., 2005a Azmi a kol., 2006 White and Lauring, 2007 Gonciarz a kol., 2008 Yu a kol., 2008 Landsberg a kol., 2009). Zatiaľ čo demontáž ESCRT-III Vps4 hrá rozhodujúcu úlohu pri triedení MVB, mechanizmus, ktorým Vps4 rozoberá ESCRT-III, a prostriedky, ktorými sa koordinuje montáž ESCRT-III a demontáž sprostredkovaná Vps4, nie sú jasné.

Na pochopenie úlohy Vps4 pri demontáži ESCRT-III bol vyvinutý in vitro systém na charakterizáciu príspevkov ESCRT-III a Vps4. Tento systém rekapituloval pozorovania experimentov na kvasinkách a potvrdil jeho použitie na skúmanie Vps4 demontáže ESCRT-III. Naše analýzy odhalili, že v rámci oligoméru Vps4 nie je potrebná koordinovaná hydrolýza a že nie všetky podjednotky musia súčasne zapojiť ESCRT-III prostredníctvom domén MIT. Začlenenie podjednotiek Vps4 s plnou dĺžkou, ktoré nie sú schopné hydrolyzovať ATP (Vps4 E233Q), však narušilo demontáž ESCRT-III sprostredkovanú Vps4, čím sa odhalila koordinácia medzi väzbou ESCRT-III prostredníctvom domény MIT a hydrolýzou ATP na úrovni podjednotky v oligoméri Vps4. Tieto výsledky ďalej naznačujú, že Vps4 môže fungovať ako stabilný oligomér pôsobiaci na jednotlivé podjednotky ESCRT-III na uľahčenie rozkladu polyméru ESCRT-III procesným spôsobom.


Referencie

Somlyai G, Jancso G, Jakli G, Vass K, Barna B, Lakics V, Gaal T: Prirodzene sa vyskytujúce deutérium je nevyhnutné pre normálnu rýchlosť rastu buniek. FEBS Lett. 1993, 317: 1-4. 10.1016/0014-5793(93)81479-J.

Budavar S, O'Neil MJ, Smith A, Heckelman PE: The Merck Index. 1989, Merck & Co., Inc., Rahway, New Jersey, 11

Elston T, Wang H, Oster G: Energetická transdukcia v ATP syntáze. Príroda. 1998, 391: 510-513. 10.1038/35185.

Aksimentiev A, Balabin IA, Fillingame RH, Schulten K: Pohľady do molekulárneho mechanizmu rotácie v sektore Fo ATP syntázy. Biophys J. 2004, 86: 1332-1344.

Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L: Biochémia. 2002, Freeman, New York, 5

Rastogi VK, Girvin ME: Štrukturálne zmeny spojené s translokáciou protónov podjednotkou c ATP syntázy. Príroda. 1999, 402: 263-268. 10.1038/46224.

Jones PC, Jiang W, Fillingame RH: Usporiadanie multikópie H+-translokujúcej podjednotky c v membránovom sektore Escherichia coli F1F0 ATP syntáza. J Biol Chem. 1998, 273: 17178-17185. 10.1074/jbc.273.27.17178.

DeCoursey TE, Cherny VV: Účinky izotopu deutéria na permeáciu a hradlovanie protónových kanálov v alveolárnom epiteli potkanov. J Gen Physiol. 1997, 109: 415-434. 10.1085/jgp.109.4.415.

Assadi-Porter FM, Fillingame RH: Protón-translokujúci karboxyl podjednotky c F1F0 H(+)-ATP syntázy: jedinečné prostredie navrhnuté pomocou pKa určeného pomocou1H NMR. Biochémia. 1995, 34: 16186-16193. 10.1021/bi00049a034.

Rivera-Torres IO, Krueger-Koplin RD, Hicks DB, Cahill SM, Krulwich TA, Girvin ME: pKa esenciálneho Glu54 a konformácie hlavného reťazca pre podjednotku c z H+-spojenej F1F0 ATP syntázy z alkalického Bacillus. FEBS Lett. 2004, 575: 131-135. 10.1016/j.febslet.2004.08.049.

Feniouk BA, Kozlova MA, Knorre DA, Cherepanov DA, Mulkidjanian AY, Junge W: Protónom poháňaný rotor ATP syntázy: Ohmická vodivosť (10 fS) a Absencia napäťového hradlovania. Biophys J. 2004, 86: 4094-4109. 10.1529/biophysj.103.036962.

Ezaki J, Wolfe LS, Higuti T, Ishidoh K, Kominami E: Špecifické oneskorenie degradácie mitochondriálnej ATP syntázy podjednotky C pri neskorej infantilnej neuronálnej ceroidnej lipofuscinóze (Battenova choroba). J Neurochem. 1995, 64: 733-741.

Oster G, Wang H: Rotačné proteínové motory. Trends Cell Biol. 2003, 3: 114-121. 10.1016/S0962-8924(03)00004-7.

Urbauer JL, Dorgan LJ, Schuster SM: Účinky deutéria na kinetiku mitochondriálnej ATPázy hovädzieho srdca. Arch Biochem Biophys. 1984, 231: 498-502. 10.1016/0003-9861(84)90413-2.

Csaszar AG, Czako G, Furtenbacher T, Tennyson J, Szalay V, Shirin SV, Zobov NF, Polyansky OL: O rovnovážnych štruktúrach molekuly vody. J Chem Phys. 2005, 122: 214305-10.1063/1.1924506.

Ichikawa K, Kameda Y, Yamaguchi T, Wakita H, Misawa M: Neutrónový difrakčný výskum intramolekulárnej štruktúry molekuly vody v kvapalnej fáze pri vysokých teplotách. Mol Phys. 1991, 73: 79-86. 10.1080/00268979100101071.

Tinsley RA, Harris DA, Walter NG: Významné účinky izotopov kinetického rozpúšťadla pri skladaní katalytickej RNA z vírusu hepatitídy delta. J Am Chem Soc. 2003, 125: 13972-13973. 10.1021/ja037870b.

Fuks B, Homble F: Mechanizmus prestupu protónov cez chloroplastové lipidové membrány. Plant Physiol. 1996, 112: 759-766. 10.1104/s.112.2.759.

Twilfer H, Sandfort G, Bernhardt FH: Účinky izotopov substrátu a rozpúšťadla na osud aktívnych foriem kyslíka v reakciách putidamonooxínu modulovaných substrátom. Eur J Biochem. 2000, 267: 5926-5934. 10.1046/j.1432-1327.2000.01662.x.

Villaverde J, Cladera J, Padros E, Rigaud JL, Dunach M: Vplyv nukleotidov na tepelnú stabilitu a na kinetiku deuterácie termofilnej F0F1 ATP syntázy. Eur J Biochem. 1997, 244: 441-448. 10.1111/j.1432-1033.1997.t01-2-00441.x.

Vermeulen A, McCallum SA, Pardi A: Porovnanie globálnej štruktúry a dynamiky natívneho a nemodifikovaného tRNAvalu. Biochémia. 2005, 44: 6024-6033. 10.1021/bi0473399.


Pozri si video: Строение нуклеотида АТФ. ЕГЭ Биология. Даниил Дарвин (August 2022).