Блог

Jan 07, 2024

Связывание субстрата в митохондриальном носителе АДФ/АТФ является этапом

Том «Природные коммуникации»

Nature Communications, том 13, номер статьи: 3585 (2022) Цитировать эту статью

3351 Доступов

5 цитат

27 Альтметрика

Подробности о метриках

Митохондриальные носители АДФ/АТФ импортируют АДФ в митохондриальный матрикс и экспортируют АТФ в цитозоль, чтобы питать клеточные процессы. Структуры ингибированного состояния цитоплазмы и открытого матрикса подтвердили механизм альтернативного доступа, но молекулярные детали связывания субстрата остаются нерешенными. Здесь мы оцениваем роль подвергающихся воздействию растворителя остатков пути транслокации в процессе связывания субстрата. Мы идентифицируем основной сайт связывания, состоящий из трех положительно заряженных и набора алифатических и ароматических остатков, которые связывают АДФ и АТФ в обоих состояниях. Кроме того, на противоположных сторонах этого сайта имеются две пары остатков аспарагина/аргинина, которые участвуют в связывании субстрата в зависимости от состояния. Таким образом, субстраты проходят серию поз связывания, вызывая конформационные изменения носителя, которые приводят к их транслокации. Свойства этого сайта объясняют электрогенный и обратимый характер транспорта адениннуклеотидов.

Жизнеспособность и функция эукариотических клеток зависят от транспорта метаболитов и ионов через непроницаемую внутреннюю мембрану митохондрий, чтобы поддерживать метаболические пути митохондрий и цитозоля и обеспечивать соединения для поддержания органелл и клеток. Большинство этих соединений переносится семейством митохондриальных переносчиков (SLC25), которое является крупнейшим семейством переносчиков растворенных веществ у людей1,2,3. Митохондриальный носитель АДФ/АТФ, также называемый адениннуклеотид-транслоказой, выполняет один из наиболее активных этапов транспорта в организме человека. Переносчик импортирует цитозольный АДФ в митохондриальный матрикс для преобразования в АТФ с помощью АТФ-синтазы и экспортирует АТФ в межмембранное пространство, которое сливается с цитоплазмой, для питания энергозатратных процессов клетки, как неотъемлемая часть окислительное фосфорилирование4. Переносчик циклически переключается между двумя состояниями, которые традиционно называются состоянием открытого матрикса и открытым состоянием цитоплазмы, из-за ориентации сайта связывания субстрата по отношению к этим компартментам5,6. Функциональным и структурным исследованиям способствовала доступность ингибиторов, специфичных для состояния. Носитель блокируется в открытом цитоплазматическом состоянии атрактилозидом (ATR)7 и карбоксиатрактилозидом (CATR)8,9, тогда как в открытом матриксном состоянии он блокируется бонгкрекиковой кислотой (BKA)10,11,12. Оба состояния, связанные с ингибитором, являются абортивными, поскольку ингибирование достигается за счет предотвращения связывания субстрата и захвата носителя в структурную конформацию, которая не является частью транспортного цикла5,6.

Как и большинство членов SLC25, носитель ADP/ATP состоит из трех повторов гомологичной последовательности, состоящих примерно из 100 аминокислот каждый13, которые сворачиваются в тройную псевдосимметричную структуру с центральным путем транслокации субстратов14. Атомная структура бычьего носителя АДФ/АТФ в CATR-связанном цитоплазматическом открытом состоянии показала, что каждый повтор последовательности кодирует домен, состоящий из трансмембранной α-спирали с нечетным номером (H1, H3, H5), петли, содержащей короткую спираль (h12, h34, h56), идущая параллельно мембране со стороны матрикса, и трансмембранная α-спираль с четным номером (H2, H4, H6)15 (дополнительный рисунок 1). Эта базовая топология была подтверждена атомными структурами грибных переносчиков ADP/ATP, заблокированными в связанном с CATR цитоплазматическом открытом состоянии16 и в открытом матриксном состоянии, связанном с BKA17.

В каждом из трех доменов спираль с нечетным номером, матричная спираль и N-концевая часть спирали с четным номером до «точки контакта»17,18,19 составляют основной элемент, тогда как С-концевой элемент часть спирали с четным номером образует затворный элемент17 (дополнительный рисунок 1). Взаимное преобразование между двумя состояниями происходит поочередно20 и включает в себя обширные движения шести структурных элементов, что делает переносчик АДФ/АТФ наиболее динамичным переносчиком растворенных веществ, известным на сегодняшний день5,17. Три воротных элемента поочередно открывают и закрывают цитоплазматическую сторону носителя, а три основных элемента поочередно закрывают и открывают матриксную сторону. Открытие и закрытие регулируются разрушением и образованием двух сетей и скобок солевых мостиков: матричной сети солевых мостиков мотива [PS]x[DE]xx[KR]15,16 и глютаминовой скобки16 на основных элементах и ​​цитоплазматической сеть солевых мостиков мотива [FY][DE]xx[RK]17,20,21 и тирозиновые скобки17 на воротных элементах (дополнительный рисунок 1). Скоординированное движение этих шести структурных элементов обусловлено связыванием и высвобождением субстрата как единственного прямого источника поступления энергии22,23.