Um ícone de identidade, a ATP sintase faz mais do que girar

O ícone bioquímico das máquinas rotativas, a ATP sintase, continua no noticiário com novas descobertas. Agora que a microscopia crioeletrônica é amplamente utilizada, os biofísicos estão analisando a função de subunidades individuais do motor e descobrindo o que elas fazem. O fato de que as máquinas moleculares exibem mais elegância funcional quanto mais se olha indica que o design inteligente é a melhor explicação.

Animais e plantas contêm esses motores rotativos vitais que suprem suas necessidades de energia em ATP. Nos animais, eles são encontrados nas mitocôndrias. Em plantas e outros organismos fotossintéticos, eles são encontrados em cloroplastos. A fotossíntese, sendo dependente da luz, tem um problema: quando está escuro, seus motores rotativos podem começar a funcionar ao contrário, arriscando "uma reação de hidrólise de ATP desperdiçada".

Trabalhando com a alga verde Chlamydomonas reinhardtii (foto acima) como um "organismo modelo", uma equipe de oito cientistas japoneses examinou mais de perto a subunidade γ no cloroplasto ATP sintase (esta é a parte "eixo de cames" do motor que impulsiona o síntese de ATP no domínio F1). Eles descobriram que dois domínios específicos na subunidade γ atuam como um freio automático no escuro. Eles escreveram no PNAS em janeiro,

Entre os complexos FoF1-ATP sintase de todos os organismos, o cloroplasto FoF1 (CFoCF1) é umexclusivoenzima comum mecanismo de regulação redox ; no entanto, o mecanismo subjacente da regulação redox da reação de síntese de trifosfato de adenosina (ATP) em CFoCF1 não foi totalmente elucidado. Aproveitando a poderosa genética de Chlamydomonas reinhardtii como um organismo modelo para a fotossíntese, realizamos uma análise bioquímica abrangente da molécula CFoCF1. Aqui identificamos determinantes estruturais para a cinética da resposta redox intracelular e demonstramos que oA regulação redox da síntese de ATP é realizada pela interação cooperativa de dois domínios da subunidade γ. de CFoCF1 que são exclusivos de organismos fotossintéticos. [Enfase adicionada.]

A Figura 6 no artigo (reproduzida por Phys.org) mostra como os dois domínios agem como uma rolha:

A conformação apertada enfraquece a interação entre o loop redox e o β-hairpin. Consequentemente, o hairpin β permanece preso na cavidade entre as subunidades α e β,como uma rolha, e inibe a rotação da haste central (anel γεc). Em uma forma reduzida, o loop redoxrecupera a flexibilidade para interagir com o β-hairpin. O loop redox interagepara retirar o grampo β da cavidade e, assim, acelerar a haste central, como um regulador cooperativo.

Outra equipe japonesa, esta da Universidade de Tóquio, examinou mais de perto o "intervalo catalítico" no domínio F1 do motor ATP sintase, onde o ADP é convertido em ATP com a adição de um fosfato. O domínio F1 possui 3 pares de subunidades α, β arranjadas como pétalas de uma flor, cada par em uma fase diferente de atividade: inserção de ingredientes, catálise e ejeção de ATP. A subunidade γ, como uma árvore de cames, ativa cada par α, β à medida que gira 360° completos. Dividindo por três, cada par α, β sente a força do eixo de comando durante o estágio de catálise (ADP + P produzindo ATP) dentro de 120° a cada volta completa do virabrequim. Nas outras vezes, a dupla está recebendo os ingredientes ou ejetando o ATP finalizado. Ao funcionar ao contrário, o motor F1 torna-se um clivador de ATP, hidrolisando ATP para produzir ADP e P, ejetando prótons no processo. Na hidrólise, então, o ATP se torna o combustível para fazer o motor funcionar ao contrário.

Durante a operação normal, o motor catalisa o ATP. Os biofísicos há muito suspeitam que a árvore de cames (a subunidade γ) exerce pressão sobre o ADP e P de entrada para encaixá-los. Se 0° representa o momento em que o ATP é catalisado, estudos anteriores encontraram um estágio de pausa curto a 80° e uma pausa mais longa nos 40° subsequentes de rotação, representando o "esquema de acoplamento químico-mecânico", como o artigo o chama.