要約：
細胞エネルギー産生における重要な酵素であるATPシンターゼは、その触媒サイクル中に動的な立体構造変化を受けます。 ATPシンターゼの興味深い側面の1つは、異なるpH環境で機能する能力です。その活性は生理学的pHで最適ですが、ATPシンターゼは酸性pHでも有意な活性を示します。ただし、酸性条件でのパフォーマンスの根底にある詳細なメカニズムは、よく理解されていません。
この研究では、酸性状態のATPシンターゼの構造的および機能的特性を調査するために、実験技術と計算モデリングの組み合わせを採用しました。最先端のクライオエレクトロン顕微鏡を使用して、6.0の酸性pHで熱性細菌のThermus ThermophilusからATPシンターゼの高解像度構造を捕獲しました。これらの構造の詳細な分析により、中性pHで得られたよく知られている構造と比較して、顕著な違いが明らかになりました。酸性のpHは、膜貫通ドメイン、中央の茎、および末梢茎の調整を含む酵素の有意な立体構造変化を誘発しました。
私たちの生化学的アッセイは、構造所見を補完し、ATPシンターゼが酸性pHで実質的なATP合成活性を保持することを示しています。速度論的測定では、酵素の運動パラメーターの変化を示し、酸性環境への適応を示唆しています。さらに、部位指向の突然変異誘発実験では、酸性pHで活性を維持するために重要な特定のアミノ酸残基を特定しました。
酸性条件でのATPシンターゼの動的挙動に関するより深い洞察を得るために、広範な分子動力学シミュレーションを実行しました。これらのシミュレーションにより、構造変動、立体構造の変化、およびATP合成に関与するプロトン移動経路の原子レベルの詳細が得られました。計算結果は、実験的観察を裏付け、酵素の機能のエネルギー的な側面を分析するための基礎を提供しました。
包括的な調査を通じて、酸性状態におけるATPシンターゼの機能的メカニズムの理解を大幅に拡大しました。この研究は、細胞内の酸性コンパートメント、酸性リン生物、過酷な産業用途など、さまざまな生物学的環境での機能に関連するさまざまなpH条件に対する酵素の適応性に光を当てています。さらに、我々の発見は、生体エネルギーと酵素触媒のより広い理解に貢献し、将来の研究と潜在的なバイオテクノロジーアプリケーションへの道を開きます。
