Vergleich der durch ΔpH- und Δφ-gesteuerte ATP-Synthese, katalysiert von den H⁺-ATPasen aus Escherichia coli oder Chloroplasten, die in Liposomen rekonstituiert wurden

Die H(+)-ATPasen aus Escherichia coli, EF(0)F(1), und aus Chloroplasten, CF(0)F(1), wurden in Liposomen aus Phosphatidylcholin/Phosphatidsäure rekonstituiert. Die Proteoliposomen wurden durch einen Säure-Basen-Übergang und ein K(+)/Valinomycin-Diffusionspotential energisiert, und die anfängliche Rate der ATP-Synthese wurde in Abhängigkeit vom transmembranären pH-Unterschied, ΔpH, und dem elektrischen Potentialunterschied, Δφ, gemessen. Mit EF(0)F(1) wird eine Rate von 80 s(-1) bei ΔpH=4.1 und Δφ von etwa 140 mV beobachtet. Die Rate verringert sich sigmoid mit Δφ, und bei Δφ von etwa 0 mV liegt die Rate bei etwa 1 s(-1), obwohl ΔpH immer noch 4.1 beträgt. Unter denselben Bedingungen mit CF(0)F(1) wird eine Rate von 280 s(-1) beobachtet, die auf 190 s(-1) sinkt, wenn Δφ aufgehoben wird, d.h. die ATP-Synthese, die von EF(0)F(1) und CF(0)F(1) katalysiert wird, hängt auf unterschiedliche Weise von ΔpH und Δφ ab. Die von EF(0)F(1) katalysierte ATP-Synthese wurde in Abhängigkeit von ΔpH bei konstantem Δφ gemessen. Die Rate hängt sigmoid von ΔpH ab, erreicht eine maximale Rate, die durch Erhöhung von ΔpH nicht weiter gesteigert werden kann. Diese maximale Rate hängt jedoch von Δφ ab, d.h. ΔpH und Δφ sind nicht kinetisch äquivalent bei der Antrieb der ATP-Synthese. Wir nehmen an, dass EF(0)F(1) in einen metastabilen, aktiven Zustand überführt werden muss, bevor es den protonengekoppelten ATP-Synthese katalysiert. Bei EF(0)F(1) hängt dieser Aktivierungsschritt nur von Δφ ab, während die Aktivierung bei CF(0)F(1) von ΔpH und Δφ abhängt.