H + -atkarīgā ATP sintāze:

1. H+-atkarīgā ATP sintāze: ATP H+ • veic atgriezenisku protondzinējspēka enerģijas pārvēršanu ATP makroerģiskās saites enerģijā

2. Ar elektronu transportu sajūgto ATP sintēzi (fosforilēšanu) nodrošina H+ plūsma pa protondzinējspēka gradientu caur ATP-sintāzes kanālu

4. Sajūgšana: ATP sintēze ir atkarīga no elpošanas

5. Sajūgšana: elpošana ir atkarīga no ATP sintēzes elpošanas kontrole

6. Elpošanas kontrole Enerģijas atbrīvošanaRed-oks reakcijaselpošanas ķēdē Enerģijas pārveidošana Transmembrānas jonugradients Enerģijas akumulēšana ATP sintēze

7. Apejot elektronu transportu: ATP sintēzi iespējams panākt arī ar mākslīgi inducētu protondzinējspēku

8. • elektronu mikroskopā F1 uz mitohondriju iekšējās membrānas ir redzamas kā “sēņveida struktūras” • no membrānas atrautas F1 daļiņas spēj veikt ATP hidrolīzi, bet ne bruto ATP sintēzi

9. Izotopu apmaiņas eksperimenti liecina, ka F1 subvienībā lokalizētajos aktīvajos centros ATP hidrolīzes reakcija ir līdzsvarā ar ATP sintēzi, ar ΔG’0 tuvu 0: ATP resintēze pēc hidrolīzes ar H218O notiek spontāni – rezultātā Pi grupā visi skābekļa atomi tiek aizvietoti ar smagāko izotopu. Tas ir tāpēc, ka aktīvais centrs saista ATP labāk nekā ADPun nobīda ATP hidrolīzes/sintēzes līdzsvara konstanti. Enerģijas pievadīšana nepieciešama nevis ATP sintēzei aktīvajā centrā, bet gan gatavās ATP molekulas atbrīvošanai !

10. F1 F0 “Crosslinking” pētījumi liecina, ka H+-atkarīgās ATP sintāzes funkcionēšanai nepieciešams noteiktu subvienību mehānisks kustīgums attiecībā pret citām subvienībām

11. Stators Rotors

12. Rotora griešanās ātrums intaktos mitohondrijos var sasniegt 6000 rpm

14. Intervāls starp attēliem – 133 msec Redzams, ka secīgi atkārtojas trīs ar fluorescento krāsvielu iezīmētā aktīna filamenta stāvokļi

15. H+ H+ H+ matrix H+ H+ saistās pie c subvienības Asp 61 H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+

16. Iespējamais rotācijas mehanisms “matadatas” formas c subvienība viena no a subvienības transmembrā-nas  spirālēm Piesaistot H+ pie Asp 61, spirāle pagriežas un, būdama “sazobē” ar vienu no a subvienības spirālēm, pagriež visu rotoru

17. Iespējamais rotācijas mehanisms

19. Open Saistīts ADP Tukšs Loose  Gamma subvienība rotē; jebkurā no tās stāvokļiem katrs no 3 aktīvajiem centriem ir savā konformācijā Tight Saistīts ATP Rotational catalysis is key to binding-change mechanism

20. Rotoram pagriežoties par 120o, atbrīvojas 1 ATP

21. ATP sintēzes stehiometrija mitohondrijos Eksperimentālie mērījumi: Japārnesot 2 e- no NADH uz O, H+ veidošanā piedalās 10 H+, un vienlaikus tiek sintezētas 2.5 – 3 molekulas ATP, 3 līdz 4 tad H+/ATP = No termodinamikas viedokļa: JaH+= 200 mV jeb 19,2 kJ uz molu H+, un Gp= 57 kJ uz molu ATP, 3 līdz 4 tad H+/ATP = No mehanistiskā viedokļa: Ja pagriežoties rotoram par 120o sintezējas 1 ATP, un rotorā ir 8 – 12 protonu pārnesošu c subvienību, 3 līdz 4 tad H+/ATP =

22. ATP sintēzes stehiometrija hloroplastos Eksperimentālie mērījumi: Japārnesot 4 e- no H2O uz NADP+ (un atbrīvojot vienu O2 molekulu), H+ veidošanā piedalās 12 H+ (4 no Mn kompleksa un 8 no b6f), un vienlaikus tiek sintezētas aptuveni 3 molekulas ATP, ≈ 4 tad H+/ATP = No mehanistiskā viedokļa: Ja pagriežoties rotoram par 120o sintezējas 1 ATP, un rotorā ir 14 protonu pārnesošu c subvienību (piem. spināta H+-ATP sintāzei), ≈ 4 tad H+/ATP =

23. Energosajūgšana ATP sintāzē: H+ piesaistīšanās / disociācija pie c subvienības c gredzena un  subvienības rotācija secīgas L – T – O konformāciju izmaiņas aktīvajos centros  subvienībās

24. Protonatkarīgā ATP sintāze darbojas abos virzienos: • ja protondzinējspēks ir pietiekami liels, tā sintezē ATP, izmantojot protondzinējspēka enerģiju • ja H+ ir mazs – tā hidrolizē ATP, lai uzturētu protondzinējspēku – darbojas kā protonus pumpējoša ATPāze • ja elektronu transports neuztur H+ (piem. daudzās anaerobajās baktērijās) tad H+ATPāze ir galvenais protondzinējspēka uzturētājs