Structure of the mitochondrial ATP synthase from Pichia angusta determined by electron cryo-microscopy

doi:10.1073/pnas.1615902113

.2016年11月8日；113（45）：12709-12714。

doi:10.1073/pnas.1615902113。 Epub 2016年10月24日。

线粒体ATP合成酶的结构安格斯毕赤酵母电子冷冻显微镜测定

Kutti R Vinothkumar公司¹, 马丁·G·蒙哥马利², 刘思东², 约翰·沃克^三

附属公司

¹英国剑桥CB2 0QH剑桥生物医学校区医学研究委员会分子生物学实验室。
²英国剑桥CB2 0XY剑桥生物医学校区医学研究委员会线粒体生物学单元。
^三英国剑桥CB2 0XY剑桥生物医学校区医学研究委员会线粒体生物学单元walker@mrc-mbu.cam.ac.uk。

PMID： 27791192
预防性维修识别码： PMC5111644
内政部： 10.1073/pnas.1615902113

线粒体ATP合成酶的结构安格斯毕赤酵母电子冷冻显微镜测定

Kutti R Vinothkumar公司等人。美国国家科学院院刊. 2016.

.2016年11月8日；113(45):12709-12714.

doi:10.1073/pnas.1615902113。 Epub 2016年10月24日。

作者

Kutti R Vinothkumar公司¹, 马丁·蒙哥马利², 刘思东², 约翰·沃克^三

附属公司

¹英国剑桥CB2 0QH剑桥生物医学校区医学研究委员会分子生物学实验室。
²英国剑桥CB2 0XY剑桥生物医学校区医学研究委员会线粒体生物学单元。
^三英国剑桥CB2 0XY剑桥生物医学校区医学研究委员会线粒体生物学部门walker@mrc-mbu.cam.ac.uk。

PMID： 27791192
预防性维修识别码： PMC5111644
内政部： 10.1073/pnas.1615902113

摘要

真菌完整单体ATP合成酶的结构，安格斯毕赤酵母，已经通过电子冷冻显微镜解决。该结构为ATP合成中跨膜质子原动力在线粒体膜上的机械耦合提供了见解。该机构需要一个坚固的整体定子，包括催化α_三β_三-结构域、外周柄以及膜结构域中的亚单位a和相关的额外亚单位与转速高达350Hz的转子保持接触。定子的完整性通过寡霉素敏感性相关蛋白（OSCP）与催化结构域和亚单位b与亚单位a的膜结构域的牢固连接来确保。ATP8亚单位在外周柄和亚单位a之间提供了额外的支撑。在OSCP与明显僵硬的连接处，细长的α-螺旋b亚基和相关的d亚基和h亚基，弯头或关节允许定子弯曲以适应催化结构域活动期间的横向运动。定子也可以施加横向力以帮助保持静态a亚单位和旋转c₁₀-一起响起来。c之间的接口₁₀-环和a-亚基包含质子的跨膜途径，质子穿过膜时，转子转动。该途径有两个半通道，包含由一束四个α螺旋提供的保守极性残基，与膜平面呈～30°倾斜，类似于其他物种中的描述。该结构提供了对这台神奇机器工作的更多见解。

关键词：ATP合成酶；安古斯塔毕赤酵母；质子移位；结构。

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利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

**图1。**
F-ATP酶的结构*P.安古斯塔*.该酶被牛抑制蛋白IF的1–60残基抑制₁(A类)从侧面看，状态1和结构模型的低温电子显微镜图，外围茎位于左侧，催化域位于顶部，中央和外围茎连接到下面的膜域。(B类和C类)动画和表面表征中酶抑制剂复合物的侧视图。C类向右旋转90°A类和B类形成膜外催化结构域的α-、β-、γ-、δ-和ε-亚基分别为红色、黄色、皇家蓝、绿色和品红色；抑制蛋白为青色；外周茎亚基OSCP、b、d和h分别为海绿色、粉红色、橙色和紫色。在膜域中，c₁₀-转子为灰色，相关亚单位a的分辨区域为玉米花蓝色。链Ch1–Ch4分别为淡黄色、砖红色、淡青色和米色，在亚基f中被指定为跨膜α-螺旋，在ATP8中被分别指定为aH1和bH1。在*SI附录*，图S5，亚基的身份直接放在C类.

**图2。**
将外围茎附着到F的顶部₁-F-ATP酶的催化域*P.安古斯塔*。这些图表基于状态1。(A类和B类)F的N端子冠的侧面和上方视图₁-动画领域和曲面表示领域。OSCP为海绿色，三个α亚基为红色，三个β亚基为黄色，b亚基为粉红色，h亚基为紫色。在A类，α-亚基的N端α-螺旋区域标记为α_E类, α_DP公司、和α_{TP（转移定价）}.在OSCP中，显示了α螺旋OH1、OH2、OH4、OH7和OH8的位置。橙色球体代表牛F结构中硒原子的位置₁-截短外周柄ATP酶（bF₁-tPS）和橙色斑块表示真菌OSCP中相应氨基酸的位置。它们根据其所在的亚单位进行标记，前缀O表示OSCP，b表示亚单位b，后跟相应亚单位中的残基编号。O53、O74、O110、O111、O190、b167和b158–159对应于*P.安古斯塔*F-ATP酶。O163、O166和O177表示硒蛋氨酸残基在bF中的位置₁-tPS并指示等效物的位置*P.安古斯塔*当前结构未解决区域中的残留物。

**图3。**
F-ATP酶的膜结构域*P.安古斯塔*.英寸A类–D类，a亚基为玉米花蓝色。(A类和B类)从膜域侧面和下方以实体表示的视图。c₁₀-环状为灰色，b亚单位（上部未显示）为粉红色，浅黄色、砖红色、浅青色和米色片段为跨膜α螺旋，Ch1–Ch4分别归属于f亚单位、ATP8、aH1和bH1。在c环中，I–IV表示与亚单位a接触的四个跨膜c末端α-螺旋(C类和D类)从外部和从与c环的接口向外看，分别以浅青色显示aH1，立体和卡通表示的a-亚单位视图。保存的极性残留物为黄色；与病理学相关的人类突变的位置(*SI附录*，表S1）为红色。粉红色球体表示aH5中保守的Arg-179，这对质子移位至关重要。下箭头表示在C环的C末端α–helix-II中转移到Glu-59的质子的入口路径。从上箭头所示，它们以逆时针旋转的方式围绕环旋转，直到到达Arg-179，在那里进入出口路径。

**图4。**
F-ATP酶当前结构的比较。这三种复合物的结构是从侧面朝着带有F的外周茎观察的₁-上面的催化结构域和下面的膜结构域。酶类(A类和B类)来自*P.安古斯塔*牛线粒体（7）和(C类)来自*P.脱氮菌*(9). α-、β-和γ-亚基分别为红色、黄色和皇家蓝。c环（由10、8和12个亚基组成A类–C类分别）为灰色，相邻的a亚基为玉米花蓝色。在A类和B类，OSCP亚单位(顶部)中的、和C类δ-亚基为海绿色；δ-亚基(A类和B类)和同源ε-亚基C类是绿色的。在A类和B类只有ε-亚基（紧邻绿色δ-亚基）是品红。在A类和B类除OSCP外，外周茎还含有b亚基（粉红色）、d亚基（橙色）和直系h和F₆-亚单位（紫色）。在C类除δ-亚基外，外周茎还含有一个b亚基（粉红色）和一个b′-亚基（橙色）。在A类c环上堆积的淡黄色和砖红色α螺旋已分别暂定为f亚基和ATP8亚基。

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[10] Bason JV、Montgomery MG、Leslie AGW、Walker JE。哺乳动物F1-ATP酶释放磷酸盐如何产生旋转亚步。美国国家科学院院刊2015；112(19):6009–6014.-项目管理咨询公司-公共医学

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