Структура митохондриальной АТФ-синтазы

АТФ-синтаза — это универсальная молекулярная машина для преобразования энергии. В митохондриях, сопрягаясь с клеточным дыханием, она катализирует превращение химической энергии клеток.

Митохондриальная АТФ-синтаза состоит из димеров, которые, собираясь вместе, формируют искривление мембраны, необходимое для эффективного преобразования энергии. Хотя считается, что в этом процессе участвует характерный для митохондрий липид кардиолипин и его взаимодействия с белками, ранее это не было визуализировано напрямую. Кроме того, было неясно, насколько АТФ-синтаза различается у разных видов.

Александр Мюлейп из лаборатории Амунтса использовал одноклеточный фотосинтезирующий организм Euglena gracilis, который принадлежит к типу, включающему также человеческих паразитов, для выделения митохондриальной АТФ-синтазы. Её структура была определена с помощью крио-ЭМ, что позволило реконструировать атомную модель. Высокое разрешение карты плотности крио-ЭМ позволило идентифицировать 29 различных белковых субъединиц и 25 молекул кардиолипина. Некоторые из кардиолипинов, по-видимому, модулируют критический канал для переноса протонов, который питает машину, что является первым доказательством их прямого участия.

Модель показывает, что митохондриальная АТФ-синтаза Euglena сильно отличается: 13 белковых субъединиц специфичны для этой системы. Новые субъединицы способствуют образованию димеров, «склеенных» липидами, что предоставляет экспериментальные доказательства того, что ключевое функциональное свойство — индукция искривления мембраны — вероятно, возникало в эволюции независимо. Кроме того, на периферии АТФ-синтазы был обнаружен погружённый в мембрану субкомплекс, смещающий её. Сара МакКомас провела моделирование методом молекулярной динамики, подтвердив, что вновь обнаруженный субкомплекс вносит вклад в искривление мембраны.

Атомная модель митохондриальной АТФ-синтазы с нативными липидами даёт новую перспективу для её функционального анализа. Иной тип молекулярной организации этого важнейшего механизма производства энергии переопределяет ключевые черты комплекса и открывает путь для реконструкции эволюции митохондриальной АТФ-синтазы. Наконец, выявленное сходство с человеческими паразитами открывает новую перспективу для терапевтических исследований.