In welche Richtung rotiert die ATP-Synthase?

Kurze Antwort
Die Drehrichtung hängt vom Blickwinkel des Betrachters und der durch die ATP-Synthase katalysierten Reaktion ab. Bei der Synthese von ATP dreht es sich „von unten“ betrachtet (Beobachter blickt in den Intermembranraum und blickt in die mitochondriale Matrix) im Uhrzeigersinn.

Hintergrund
ATP-Synthase ist ein membrangebundenes Enzym mit zwei großen Untereinheiten; F ₀ und F ₁ . F ₀ wird in die Membran eingeführt und leitet H ⁺ -Ionen aus dem Intermembranraum in das Innere der Mitochondrien (Abb. 1). Die Stielbereichsverbindung F ₀ und F _{1 enthält die γ-Untereinheit, die im Grunde eine rotierende Welle bildet, die durch den Fluss von H} ⁺ angetrieben wird . Dadurch dreht sich die gesamte F ₁ -Einheit während der ATP-Synthese.

Jetzt ist es wichtig zu wissen, bevor Sie fortfahren; Enzyme arbeiten grundsätzlich auf zwei Arten, da sie lediglich ein Gleichgewicht herstellen . Als solche ist jede ATP-Synthase auch eine ATP-Hydrolase . _{Bei der ATP-Synthese läuft die γ-Untereinheit von „unten“ (der Seite, die dem F 0} und der Membran am nächsten liegt, siehe Abb. 2) im Uhrzeigersinn . Wenn es ATP hydrolysiert (z. B. unter nicht-physiologischen Laborbedingungen), läuft es gegen den Uhrzeigersinn, da die Reaktion ebenso wie die Bewegung der γ-Untereinheit umkehrt (Nakamoto, 2008) .

Die Richtung, in die die Drehung erfolgt, ist abhängig von den beteiligten Schritten (Abb. 3). In dieser Abbildung ist die ATP- Hydrolyse dargestellt, die mit der Verbrennung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor verglichen werden kann. Jetzt kehrt sich die Richtung von H ⁺ um, entgegen seinem Konzentrationsgradienten und Energie verbrauchend (die Straße, die unter einem Auto beschleunigt, wenn Sie so wollen). Da ATP-Bindung, Hydrolyse und Abfallfreisetzung (ADP + P _i ) jeweils eine Drehung des Rotors um 120° bewirken, dreht sich die F1-Untereinheit in jedem Zyklus um eine volle Umdrehung ⁽ Yoshida, 2001) . Während der ATP-Synthese wird die entgegengesetzte Richtung hergestellt, da Abfall (ADP + P _i ) aufgenommen und zu ATP phosphoryliert wird, während dessen der Fluss von H ^{+ stattfindet}Rückwärtsgang (ähnlich wie ein Auto, das bergab fährt, nur Verbrennungsmotoren können leider kein Gas aus Kohlendioxid und Wasser erzeugen).

^{Abb. 1. Untereinheiten der ATP-Synthase. Quelle: Penn State University}

^{Abb. 2. ATP-Synthase. Quelle: Noji, 2004}

^{Abb. 3. ATP-Synthase im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor. Ein Verbrennungsmotor wandelt Kraftstoffenergie in Rotation eines Rotors um. Es kann den Einlass des Brenngases, die Kompression, die Zündung und den Auslass nur durch eine einfache Drehung des zentralen Rotors (rechtes Bild) nacheinander antreiben. Die F1-Gamma-Untereinheit hat drei Reaktionskammern (die katalytischen Beta-Untereinheiten (linke Bilder). Die drei Reaktionsstellen durchlaufen jeweils drei zyklische Schritte in einer Phasendifferenz von 120°, um eine Drehbewegung zu verursachen, die einem Verbrennungsmotor sehr ähnlich ist. Quelle : Yoshida, 2001}

<sub>Referenzen
- Nakamoto, Arch Biochem Biophys (2008); 476 (1): 43–50
- Noji, Zeitschrift Biohistory (Winter, 2004)
- Yoshida, Nature Rev Mol Cell Biol (2001); 2 : 669-77</sub>