إنزيم الأدينوزين ثلاثي الفوسفات
| أدينوسين تريفوسفاتيز | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| المعرفات | |||||||||
| رقم EC. | 3.6.1.3 | ||||||||
| رقم CAS. | 9000-83-3 | ||||||||
| قواعد البيانات | |||||||||
| إنتنز | عرض IntEnz | ||||||||
| بريندا | دخول بريندا | ||||||||
| إكسباسي | عرض NiceZyme | ||||||||
| كيج | دخول KEGG | ||||||||
| ميتاسيك | المسار الأيضي | ||||||||
| بريام | حساب تعريفي | ||||||||
| هياكل قاعدة بيانات البروتين | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
ATPases ( EC 3.6.1.3، A دينوزين 5'- تري فوسفاتاز ، أدينيل بيروفوسفاتاز ، ATP أحادي الفوسفاتاز، ثلاثي الفوسفات، مستضد T-SV40، ATP هيدروليز، المركب V (نقل الإلكترون الميتوكوندريا)، (Ca2 + + Mg2+)-ATPase، HCO3 −-ATPase، أدينوسين ثلاثي الفوسفات) هي فئة من الإنزيمات التي تحفز تحلل ATP إلى ADP وأيون فوسفات حر [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6] أو التفاعل العكسي. يطلق تفاعل إزالة الفسفرة هذا طاقة ، يستغلها الإنزيم (في معظم الحالات) لتحريك تفاعلات كيميائية أخرى لا تحدث بخلاف ذلك. تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في جميع أشكال الحياة المعروفة .
بعض هذه الإنزيمات عبارة عن بروتينات غشائية متكاملة (مثبتة داخل الأغشية البيولوجية )، وتنقل المواد المذابة عبر الغشاء، عادةً ضد تدرج تركيزها. تسمى هذه الإنزيمات ATPases عبر الغشاء.
الوظائف
تستورد إنزيمات ATPase عبر الغشاء المستقلبات الضرورية لاستقلاب الخلايا وتصدر السموم والنفايات والمواد المذابة التي يمكن أن تعيق العمليات الخلوية. ومن الأمثلة المهمة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم (Na + /K + ATPase) التي تحافظ على جهد غشاء الخلية . ومن الأمثلة الأخرى مضخة الهيدروجين والبوتاسيوم ATPase (H + /K + ATPase أو مضخة البروتون المعدية) التي تزيد من حمضية محتويات المعدة. إن إنزيمات ATPase محفوظة وراثيًا في الحيوانات؛ لذلك فإن الكاردينوليدات وهي عبارة عن ستيرويدات سامة تنتجها النباتات التي تعمل على إنزيمات ATPase، تصنع سمومًا حيوانية عامة وفعالة تعمل اعتمادًا على الجرعة. [7]
بالإضافة إلى المبادلات، تشمل الفئات الأخرى من ATPase عبر الغشاء الناقلات المشاركة والمضخات (ومع ذلك، فإن بعض المبادلات هي أيضًا مضخات). بعض هذه، مثل Na + /K + ATPase، تسبب تدفقًا صافيًا للشحنة، لكن البعض الآخر لا يفعل ذلك. تسمى هذه الناقلات بالناقلات الكهروكيميائية والناقلات المحايدة الكهروكيميائية على التوالي. [8]
بناء
تُعد أنماط ووكر نمطًا مميزًا لتسلسل البروتين لربط النوكليوتيدات والتحلل المائي. وبخلاف هذه الوظيفة الواسعة، يمكن العثور على أنماط ووكر في جميع بروتينات الأدينوزين ثلاثي الفوسفات الطبيعية تقريبًا، باستثناء كينازات التيروزين . [9] عادةً ما تشكل أنماط ووكر حلزونًا من نوع ألفا يتحول إلى صفائح بيتا وينظم نفسه كعش (نمط هيكلي بروتيني) . ويُعتقد أن هذا يرجع إلى أن بروتينات الأدينوزين ثلاثي الفوسفات الحديثة تطورت من ببتيدات صغيرة مرتبطة بـ NTP والتي كان لابد أن تنظم نفسها. [10]
كان تصميم البروتين قادرًا على تكرار وظيفة ATPase (بشكل ضعيف) دون استخدام تسلسلات أو هياكل ATPase الطبيعية. ومن المهم أن جميع ATPases الطبيعية لها بنية صفائح بيتا، إلا أن "ATPase البديل" المصمم يفتقر إلى بنية صفائح بيتا، مما يدل على أن هذه الوظيفة الأساسية للحياة ممكنة مع تسلسلات وهياكل غير موجودة في الطبيعة. [11]
الآلية
ATPase (يُطلق عليه أيضًا F 0 F 1 -ATP Synthase) عبارة عن مركب لنقل الشحنة يحفز ATP لأداء تخليق ATP عن طريق تحريك الأيونات عبر الغشاء. [12]
اقتران تحلل ATP والنقل هو تفاعل كيميائي يتم فيه نقل عدد ثابت من جزيئات المذاب لكل جزيء ATP يتم تحلله؛ بالنسبة لمبادل Na + /K + ، يكون هذا عبارة عن ثلاثة أيونات Na + خارج الخلية واثنين من أيونات K + داخلها لكل جزيء ATP يتم تحلله.
تستفيد جزيئات ATPases عبر الغشاء من الطاقة الكيميائية الكامنة لجزيء ATP من خلال القيام بعمل ميكانيكي: فهي تنقل المواد المذابة في الاتجاه المعاكس لاتجاه حركتها المفضل من الناحية الديناميكية الحرارية - أي من جانب الغشاء ذي التركيز المنخفض إلى الجانب ذي التركيز العالي. يشار إلى هذه العملية باسم النقل النشط .
على سبيل المثال، يؤدي تثبيط H + -ATPases الحويصلية إلى ارتفاع في درجة الحموضة داخل الحويصلات وانخفاض في درجة حموضة السيتوبلازم.
تشترك جميع ATPases في بنية أساسية مشتركة. تتكون كل ATPase دوارة من مكونين رئيسيين: F 0 /A 0 /V 0 و F 1 /A 1 /V 1. وهي متصلة بواسطة 1-3 سيقان للحفاظ على الاستقرار والتحكم في الدوران ومنعها من الدوران في الاتجاه الآخر. يتم استخدام ساق واحدة لنقل عزم الدوران. [13] يعتمد عدد السيقان الطرفية على نوع ATPase: تحتوي F-ATPases على واحد، وتحتوي A-ATPases على اثنين، وتحتوي V-ATPases على ثلاثة. يقع المجال التحفيزي F 1 على الجانب N من الغشاء ويشارك في تخليق وتحلل ATP ويشارك في الفسفرة التأكسدية . يشارك المجال عبر الغشاء F 0 في حركة الأيونات عبر الغشاء. [12]
تتكون إنزيم F 0 F 1 -ATPase البكتيري من المجال القابل للذوبان F 1 والمجال عبر الغشاء F 0 ، والذي يتكون من عدة وحدات فرعية بنسب متفاوتة. هناك وحدتان فرعيتان، γ و ε، تشكلان الساق المركزية وترتبطان بـ F 0. تحتوي F 0 على أوليغومر من الوحدة الفرعية c على شكل حلقة (حلقة c). الوحدة الفرعية α قريبة من الوحدة الفرعية b 2 وتشكل الساق التي تربط الوحدات الفرعية عبر الغشاء بوحدتي α3β3 و δ. إن إنزيم F-ATP synthase متطابق في المظهر والوظيفة باستثناء إنزيم F 0 F 1 -ATP synthase الميتوكوندريا، والذي يحتوي على 7-9 وحدات فرعية إضافية. [12]
الجهد الكهروكيميائي هو ما يجعل الحلقة c تدور في اتجاه عقارب الساعة لتخليق ATP. وهذا يتسبب في تغيير شكل الساق المركزية والمجال التحفيزي. يؤدي تدوير الحلقة c إلى تكوين ثلاث جزيئات ATP، مما يتسبب بعد ذلك في تحرك H + من الجانب P للغشاء إلى الجانب N للغشاء. يتم دفع الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة للحلقة c بواسطة تحلل ATP وتتحرك الأيونات من الجانب N إلى الجانب P، مما يساعد في بناء الجهد الكهروكيميائي. [12]
تركيبات ATP عبر الغشاء
إن إنزيم ATP synthase للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء هو إنزيم بنائي يستغل طاقة التدرج البروتوني عبر الغشاء كمصدر للطاقة لإضافة مجموعة فوسفات غير عضوية إلى جزيء ثنائي فوسفات الأدينوزين ( ADP ) لتشكيل جزيء ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP).
يعمل هذا الإنزيم عندما يتحرك البروتون إلى أسفل تدرج التركيز، مما يمنح الإنزيم حركة دورانية. تعمل هذه الحركة الدورانية الفريدة على ربط ADP وP معًا لتكوين ATP.
يمكن أن يعمل ATP synthase أيضًا في الاتجاه المعاكس، أي استخدام الطاقة المنبعثة من تحلل ATP لضخ البروتونات ضد تدرجها الكهروكيميائي.
تصنيف
هناك أنواع مختلفة من ATPases، والتي يمكن أن تختلف في الوظيفة (تخليق ATP و/أو التحلل المائي)، والبنية (تحتوي ATPases F- وV- وA-على محركات دوارة) وفي نوع الأيونات التي تنقلها.
- ATPases الدوارة [14] [15]
- F-ATPases (F1FO-ATPases) في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء والأغشية البلازمية للبكتيريا هي المنتجون الرئيسيون لـ ATP، باستخدام تدرج البروتون الناتج عن الفسفرة التأكسدية (الميتوكوندريا) أو التمثيل الضوئي (البلاستيدات الخضراء). [16]
- إن إنزيمات F-ATPases التي تفتقر إلى وحدة دلتا/OSCP تحرك أيونات الصوديوم بدلاً من ذلك. ومن المقترح أن تُسمى إنزيمات N-ATPases ، لأنها تبدو وكأنها تشكل مجموعة مميزة أبعد عن إنزيمات F-ATPases المعتادة من إنزيمات A-ATPases عن إنزيمات V-ATPases. [17]
- توجد إنزيمات V-ATPases (V1VO-ATPases) بشكل أساسي في الفجوات حقيقية النواة، حيث تعمل على تحفيز تحلل ATP لنقل المواد المذابة وخفض درجة الحموضة في العضيات مثل مضخة البروتون في الليزوزوم.
- توجد إنزيمات A-ATPases (A1AO-ATPases) في البكتيريا العتيقة وبعض البكتيريا المتطرفة. وهي مرتبة مثل إنزيمات V-ATPases، ولكنها تعمل مثل إنزيمات F-ATPases بشكل أساسي كإنزيمات تصنيع ATP.
- يوجد العديد من المتماثلات التي لا تكون بالضرورة دوارة. انظر ATP synthase § Evolution .
- F-ATPases (F1FO-ATPases) في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء والأغشية البلازمية للبكتيريا هي المنتجون الرئيسيون لـ ATP، باستخدام تدرج البروتون الناتج عن الفسفرة التأكسدية (الميتوكوندريا) أو التمثيل الضوئي (البلاستيدات الخضراء). [16]
- توجد إنزيمات P-ATPases (E1E2-ATPases) في البكتيريا والفطريات والأغشية البلازمية والعضيات حقيقية النواة، وتعمل على نقل مجموعة متنوعة من الأيونات المختلفة عبر الأغشية.
- إن إنزيمات E-ATPases هي إنزيمات سطح الخلية التي تحلل مجموعة من NTPs، بما في ذلك ATP خارج الخلية. تشمل الأمثلة إنزيمات ecto-ATPases و CD39s وecto-ATP/Dases، وكلها أعضاء في عائلة "GDA1 CD39". [18]
- بروتينات AAA هي عائلة من بروتينات NTPases ذات الحلقة P.
بارا-أتباز
توجد إنزيمات P-ATPases (المعروفة أحيانًا باسم إنزيمات E1-E2 ATPases) في البكتيريا وأيضًا في الأغشية البلازمية والعضيات حقيقية النواة. ويرجع اسمها إلى ارتباط الفوسفات غير العضوي ببقايا الأسبارتات لفترة قصيرة في وقت التنشيط. تتمثل وظيفة إنزيمات P-ATPase في نقل مجموعة متنوعة من المركبات المختلفة، مثل الأيونات والفوسفوليبيدات، عبر الغشاء باستخدام تحلل ATP للحصول على الطاقة. هناك العديد من الفئات المختلفة لإنزيمات P-ATPases، والتي تنقل نوعًا معينًا من الأيونات. قد تتكون إنزيمات P-ATPases من بولي ببتيد واحد أو اثنين، ويمكن أن تأخذ عادةً شكلين رئيسيين، E1 وE2.
الجينات البشرية
- نقل الصوديوم /البوتاسيوم : ATP1A1 ، ATP1A2 ، ATP1A3 ، ATP1A4 ، ATP1B1 ، ATP1B2، ATP1B3 ، ATP1B4
- نقل Ca ++ : ATP2A1 ، ATP2A2 ، ATP2A3 ، ATP2B1 ، ATP2B2 ، ATP2B3 ، ATP2B4 ، ATP2C1 ، ATP2C2
- Mg ++ نقل : ATP3
- تبادل H + /K + : ATP4A
- نقل أيون الهيدروجين ، الميتوكوندريا : ATP5A1 ، ATP5B ، ATP5C1 ، ATP5C2 ، ATP5D ، ATP5E ، ATP5F1 ، ATP5G1 ، ATP5G2 ، ATP5G3 ، ATP5H ، ATP5I ، ATP5J ، ATP5J2 ، ATP5L ، ATP5L2 ، ATP5O، ATP5S ، MT-ATP6 ، MT-ATP8
- نقل أيون الهيدروجين ، الليزوزوم : ATP6AP1 ، ATP6AP2 ، ATP6V1A ، ATP6V1B1 ، ATP6V1B2 ، ATP6V1C1 ، ATP6V1C2 ، ATP6V1D ، ATP6V1E1 ، ATP6V1E2 ، ATP6V1F ، ATP6V1G1 ، ATP6V1G2 ، ATP6V1G3 ، ATP6V1H ، ATP6V0A1 ، ATP6V0A2 ، ATP6V0A4 ، ATP6V0B ، ATP6V0C ، ATP6V0D1 ، ATP6V0D2 ، ATP6V0E
- Cu ++ نقل: ATP7A ، ATP7B
- الفئة الأولى، النوع 8: ATP8A1، ATP8B1 ، ATP8B2، ATP8B3 ، ATP8B4
- الفئة الثانية، النوع 9: ATP9A ، ATP9B
- الفئة الخامسة، النوع 10: ATP10A ، ATP10B، ATP10D
- الصف السادس، النوع 11: ATP11A، ATP11B ، ATP11C
- نقل H + /K + ، غير معدي: ATP12A
- النوع 13: ATP13A1، ATP13A2 ، ATP13A3 ، ATP13A4، ATP13A5
انظر أيضا
مراجع
- ^ جايدر ك، هوفمان-بيرلينج هـ (1981). "البروتينات التي تتحكم في البنية الحلزونية للحمض النووي". المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية . 50 : 233-60. doi :10.1146/annurev.bi.50.070181.001313. PMID 6267987.
- ^ Kielley WW (1961). "Myosin adenosine triphosphatase". في Boyer PD، Lardy H، Myrbäck K (المحررون). The Enzymes . المجلد 5 (الطبعة الثانية). نيويورك: Academic Press. ص 159-168.
- ^ Martin SS, Senior AE (نوفمبر 1980). "أنشطة ثلاثي فوسفات الأدينوزين الغشائي في بنكرياس الفئران". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes . 602 (2): 401–18. doi :10.1016/0005-2736(80)90320-x. PMID 6252965.
- ^ Njus D, Knoth J, Zallakian M (1981). "النقل المرتبط بالبروتون في حبيبات الكرومافين". الموضوعات الحالية في الطاقة الحيوية . 11 : 107–147. doi :10.1016/B978-0-12-152511-8.50010-4.
- ^ Riley MV, Peters MI (يونيو 1981). "تحديد موقع نشاط ATPase الحساس للأنيون في بطانة القرنية". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes . 644 (2): 251–6. doi :10.1016/0005-2736(81)90382-5. PMID 6114746.
- ^ Tjian R (1981). "تنظيم النسخ الفيروسي وتضاعف الحمض النووي بواسطة المستضد التائي الكبير SV40". الموضوعات الحالية في علم الأحياء الدقيقة وعلم المناعة . 93 : 5-24. doi :10.1007/978-3-642-68123-3_2. ISBN 978-3-642-68125-7. PMID 6269805.
- ^ Dobler S, Dalla S, Wagschal V, Agrawal AA (أغسطس 2012). "التطور المتقارب على مستوى المجتمع في تكيف الحشرات مع الكاردينوليدات السامة عن طريق الاستبدالات في Na,K-ATPase". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 109 (32): 13040-5. doi : 10.1073/pnas.1202111109 . PMC 3420205. PMID 22826239 .
- ^ "3.2: النقل في الأغشية". Biology LibreTexts . 21 يناير 2017. تم الاسترجاع في 28 يوليو 2022 .
- ^ Walker JE, Saraste M, Runswick MJ, Gay NJ (1982). "تسلسلات متباعدة الصلة في وحدات ألفا وبيتا الفرعية من إنزيم ATP synthase، والميوسين، والكينازات وغيرها من الإنزيمات التي تتطلب ATP وطية ربط نوكليوتيد مشتركة". EMBO J. 1 ( 8): 945–51. doi :10.1002/j.1460-2075.1982.tb01276.x. PMC 553140. PMID 6329717 .
- ^ Romero Romero ML, Yang F, Lin YR, Toth-Petroczy A, Berezovsky IN, Goncearenco A, et al. (ديسمبر 2018). "بروتينات حلقة الفوسفات البسيطة ولكنها وظيفية". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 115 (51): E11943–E11950. doi : 10.1073/pnas.1812400115 . PMC 6304952. PMID 30504143 .
- ^ Wang M, Hecht MH (أغسطس 2020). "A Completely De Novo ATPase from Combinatorial Protein Design". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 142 (36): 15230–15234. doi :10.1021/jacs.0c02954. PMID 32833456.
- ^ abcd Calisto F, Sousa FM, Sena FV, Refojo PN, Pereira MM (فبراير 2021). "آليات نقل الطاقة بواسطة بروتينات الغشاء الناقلة للشحنة". المراجعات الكيميائية . 121 (3): 1804-1844. doi : 10.1021/acs.chemrev.0c00830 . PMID 33398986.
- ^ Hahn A, Parey K, Bublitz M, Mills DJ, Zickermann V, Vonck J, et al. (أغسطس 2016). "بنية ثنائي إنزيم ATP Synthase الكامل تكشف عن الأساس الجزيئي لشكل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا". الخلية الجزيئية . 63 (3): 445-456. doi : 10.1016/j.molcel.2016.05.037 . PMC 4980432. PMID 27373333 .
- ^ Stewart AG, Laming EM, Sobti M, Stock D (أبريل 2014). "Rotary ATPases--dynamic molecular machines". Current Opinion in Structural Biology . 25 : 40–8. doi : 10.1016/j.sbi.2013.11.013 . PMID 24878343.
- ^ Kühlbrandt W, Davies KM (يناير 2016). "Rotary ATPases: A New Twist to an Ancient Machine". Trends in Biochemical Sciences . 41 (1): 106–116. doi :10.1016/j.tibs.2015.10.006. PMID 26671611.
- ^ Watanabe R, Noji H (أبريل 2013). "آلية اقتران كيميائي ميكانيكي لـ F(1)-ATPase: التحفيز وتوليد عزم الدوران". رسائل FEBS . 587 (8): 1030–1035. doi :10.1016/j.febslet.2013.01.063. PMID 23395605.
- ^ Dibrova DV, Galperin MY, Mulkidjanian AY (يونيو 2010). "توصيف إنزيم N-ATPase، وهو شكل مميز من إنزيم ATPase من النوع F الغشائي البكتيري الذي ينتقل جانبيًا وينتقل عبر الصوديوم". Bioinformatics . 26 (12): 1473–1476. doi : 10.1093/bioinformatics/btq234 . PMC 2881411. PMID 20472544 .
- ^ Knowles AF (مارس 2011). "العائلة الفرعية GDA1_CD39: NTPDases ذات الوظائف المتنوعة". Purinergic Signalling . 7 (1): 21–45. doi :10.1007/s11302-010-9214-7. PMC 3083126. PMID 21484095 .
روابط خارجية
- "ATP synthase - آلة جزيئية رائعة"
- ATPase في المكتبة الوطنية الأمريكية للطب - العناوين الطبية (MeSH)
- هياكل المجهر الإلكتروني لـ ATPases من بنك بيانات المجهر الإلكتروني (EMDB)
