改造ATP合酶以提高质子-ATP比率

摘要 F o F 1 -ATP合酶（F o F 1 ）通过机械旋转实现质子动力势（ pmf ）能量与ATP能量之间的相互转换。H + /ATP比率作为生物能量学中最关键的参数之一，由于结合 H + 的 c-亚基数量不同而在物种间存在差异，导致 H + /ATP 比率在 2.7 至 5 之间变化。在本研究中，我们尝试采用一种不同于自然界的替代策略来显著提高 H + /ATP 比率。我们对 F o F 1 进行工程改造，使其形成多个外周柄，且每个外周柄均结合一个传导质子的 a-亚基。改造后的 F o F 1 表现出 5.8 的 H + /ATP 比率，超越了天然存在的 F o F 1 中的最高比率，使其能够在野生型酶无法合成 ATP 的低 pmf 条件下合成 ATP。结构分析表明，改造后的 F o F 1 可形成多达三个外周柄和 a-亚基。本研究不仅为 F o F 1 的 H + 转运机制提供了宝贵见解，还为细胞生物能量学基础的工程改造开辟了新的可能性。