6 核技术 第26卷 是反应的推动力。每一个催化亚基要经过3次构象催化位点。同步辐射晶体结构数据也表明,a 变化才催化合成一个ATP分子。在任一时刻,F1上Arg373在催化位点的出现可能参与了催化作用。 3个B催化亚基的构象总是不同,分别为结合ATP β亚基的核苷酸结合位点由结合有部分腺嘌呤 的T态,不结合的O态和结合有ADP和Pi的L态,的疏水部分和核苷酸磷酸尾部结合部分组成,这 并依次发生变化。另外,只有当ATP从0态释放出疏水“口袋”( pocket)包括以下一些残基V64 来,同时,ADP和Pi结合在L态时,亚基之间的相互Y345、F418、A421和F424。图7所示的AMP 作用才会驱动ATP的释放。ATP的水解过程则按PNP结合状态(AMP-PNP- bound form)中,残基 相反方向进行,ATP和0态的结合位点结合,经过0-G159、K162、R189,相邻a亚基的R373,及一个 T-L态的转变,ATP水解为ADP和P,最后从L态Mg2离子与磷酸基形成静电相互作用或氢键。在 的结合位点释放出来。 ADP-结合状态(AMP- bound form)中,残基159- 晶体结构同时也为ATP合成的化学机理提供164,连同a亚基的R373一起再加上一个Mg2离 了新的证据,在βm状态下,离AMP-PNP的γ磷酸子,有助于结合上二磷酸盐,而水分子则占据了 盐0.44nm的地方有结合水分子与β-Cu88的羧MP-PNP结合状态时由末端磷酸基所占据的位 基以氢键相结合。这个残基大致处于激活水分子的置。整个ADP-结合和AMP-PNP-结合亚基的 位置,增强了对末端磷酸基团的内部亲核攻击(in-结构非常相似。空置状态(未结合任何核苷酸)的 line nucleophilic attack)。a-Arg373的胍基稳定了B亚基则与AMP-PNP结合状态的结构有较大改 处于过渡状态的末端磷酸基的负电荷。在α亚基变。核苷酸结合位点的B- sheet结构解离打开了 中,Cn替代了β-Cu188中Ghu的位置,使得a亚催化位点。从AMP-PNP结合状态转到空置状态, 基缺少催化活性。另外,a亚基中结合的腺嘌呤是F424与K162,R189和R373(a亚基)残基的距离 以氢键结合的,而β亚基则与腺嘌呤之间存在疏水分别增加到0.27m0.86mm和1.23m,更利于结 界面。这些结构特点都表明了为什么a亚基不是合的ATP从β亚基上释放。 ADP ADP+ P Energy H,O ATP 图6 Boyer的"结合改变机理"示意图 ig.6 Boyer's"binding change mechanism"[23 K162 R2373(a) R373(a) v164 AMP-PNP F424 图7F1- ATPase亚基ATP结合位点(包含有ATP类似物AMP-PNP)的立体视图 Fig 7 Stereo view of the ATP-binding site in the B-subunit of F-ATPase containing the ATP analog AMP-PNP[)6 ~ it * ~26~ ~&~~m~h o .-~~~~~~~li3~~. ~1t/f111td:t JJX:-~ ATP 7t-=f o {£1f- t~tl, F) L 3 ~ ~1t~~~#J.Jt!1,~/FIP], 7tJ3rJjg~ir ATP T ~,/F~ir~ 0 ~lO~ir:ff ADP 5fU Pi ~ L~, **~£~~~o ~)t",,R:ff~ ATP JA 0 ~*¥J1Xttl =*, IP]Bt, ADP 5fU Pi ~ir;(£ L ~at ~zr8] ~if§1L fFm/f~~~~ ATP ~*¥1fj{ o ATP ~7j(imli~mUm if§ &1rrtD:itH:r ,ATP 5fU 0 ~~~ir1jzJ~~ir ,~li 0 ­ T - L ~~~ ,ATP 7j(im jg ADP 5fU Pi,:l:J§" JA L ~ ~~ir1 L~*¥1fj{ ttl =* 0 fai*~#J IP] at tIL jg ATP irJJX: fJlJI 1;H; 7WT~iiE1m,{£ ~TP~~ , AMP - PNP ~"y ~~ 0. 44nm ~:It!?1r:ff~ir7j(7t-=fJ:ij ~ - Glu188 ~~ ~~~mif§~iro~~~~*~~r~m*7t-=f~ {iLJf. ,~51ii 7 X;J*~~~~m !*J $*ifj<:0l-m (in￾line nucleophilic attack) 0 ex. - Arg373 ~IDll~~JE7 ~rli~~~~*~~~~~~~mo {£ex. ~ q:t ,GIn ~1-t7 ~ - Glu188 q:t Glu ~1jzJf.,1t~~ ex. ~ ~flYcy~1tmJ/1o ~)t",ex. ~~q:t~ir~~PjIlt~ ~~m~ir~, rm ~ ~~mUJ:ij~Pjlltzr8]ff{£ fIJE7j( ~mo~®~~~~m*~7jg~~ex.~~/F~ ~1t1iL J~ 0 IP] tP-*i t fa i*~fZg ~1m tIL * ~, ex. ­ Arg373 {£~~1iLJ~~t\j~-arfm~J:ij7 ~1tfFm 0 ~~~~ifj<~~~ir&~~~ir:ff$7t~~1lt ~~*$7tlO~~~~~~$~ir$7tmJJX:,~ ~7j(" []~" (pocket) §:ffi r @~~ V164" Y345 " F418 " A421 1O F424 0 00 7 EJf~~ AMP ­ PNP ~ir~~( AMP - PNP - bound form) q:t, ~~ G159" K162" R189, if§~~ ex. ~~ffJ R373 , bZ ~ Mg2 + T J:ij ~~%JJX; fIt Et! t§ 1LfF m El m 0 (£ ADP - ~ir~~( AMP - bound form) q:t, ~~ 159 ­ 164, alP] ex. ~~~ R373 ¥J.1JrrL Mg2+ ~ T,:ff l3JJr~ir L=~~~, rm7j(7t-=fmU 61m 7 AMP - PNP ~ir~~at~*~~~£EJf61m~ iL Jf.o ~~ ADP - ~irlO AMP - PNP - ~ir ~~~ ~#J~~1ftffi{w,o ~Jf.~~ (*~ir1f1PJifj<~~ ) ffJ ~ £JJlUJ:ij AMP - PNP ~ir~~~~#J:ff~*~ o ~~~~ir1jzJ~~ ~ - sheet ~#Jim~1T7f7 ~~&~oJAA~-~P~ir~~~~~Jf.~~, F424 J:ij K162, R189 5fU R373 (ex. ~£ ) ~£~IEE~ 7tJ3rJ~1Jrr¥U 0. 27nm,O. 86nm 5fU 1. 23nm,£5frJr~ ir~ ATP JA ~ ~~L*¥1ij{[1 7l 0 A B c ~ AT? D 1116 Boyer~" ~ifi&~mJ1." 7R~OO Fig. _ Boyer's" binding change mechanism" [ 12 J AMP-PNI .. 1117 F1 - ATPase~.w.~ ATP ~,g. 1fL }~\C §~1f ATP ~{P.1.!jo/.J AMP - PNP) ~JL1*~OO Fig.7 Stereo view of the ATP - binding site in the ~ - subunit of FI - ATPase containing the ATP analog AMP - PNP[ 17 j