Observación por criomicroscopia electrónica de los estados de rotación en una V-ATPasa eucariota

Área de la Ciencia:

• La bioquímica es la bioquímica.
• Biología Estructural Biología estructural.
• La biofísica molecular es la biofísica molecular.

Sus antecedentes:

• Las H(+) -ATPasas vacuolares eucariotas (V-ATPasas) son enzimas rotativas esenciales que regulan el pH intracelular bombeando protones mediante la hidrólisis del ATP.
• Estas máquinas moleculares complejas acoplan la actividad catalítica soluble a la translocación de protones ligados a la membrana a través de un rotor central giratorio.
• Estudios anteriores sugirieron que la flexibilidad es crucial para los mecanismos rotativos de la ATPasa, pero las estructuras experimentales de diferentes estados de rotación faltaban.

Objetivo del estudio:

• Para dilucidar el mecanismo de bombeo de protones mediante la determinación de las estructuras de las V-ATPases en distintos estados de rotación.
• Para investigar los cambios conformacionales involucrados en el acoplamiento de la hidrólisis de ATP a la translocación de protones en las V-ATPasas eucariotas.

Principales métodos:

• Se utilizó la criomicroscopia electrónica (cryo-EM) para capturar las estructuras de alta resolución de la V-ATPasa de Saccharomyces cerevisiae.
• Obtuvo y analizó tres mapas estructurales distintos que representan diferentes estados de rotación del complejo enzimático.

Principales resultados:

• Determinada la estructura revela diez subunidades proteolípidas en el anillo c, estableciendo una proporción ATP:H(+) de 3:10 para el bombeo de protones.
• Se observaron longas hélices α de transmembrana inclinadas en la subunidad a que interactúan con el anillo c, crucial para la translocación de protones.
• Cambios conformacionales capturados en casi todas las subunidades durante las transiciones entre estados de rotación, demostrando cómo la rotación está acoplada.

Conclusiones:

• Las estructuras observadas proporcionan evidencia experimental directa de la dinámica conformacional subyacente a la función de la V-ATPasa.
• La deformación durante la rotación es esencial para la transmisión eficiente de potencia en las ATPasas rotativas, lo que permite un acoplamiento suave entre los dominios catalítico y de translocación.
• Estos hallazgos ofrecen información crítica sobre el mecanismo del bombeo de protones y la transducción de energía por las V-ATPases.