八种人类 ATP 合酶 Fo 亚基及其由 AlphaFold3 预测的水溶性 QTY 类似物的结构生物信息学研究

人类线粒体 ATP 合酶是一种至关重要的旋转马达酶，通过氧化磷酸化产生细胞内大部分 ATP。其膜嵌入的 Fo 区段含有高度疏水的跨膜亚基，这些亚基在无去污剂的水性环境中难以研究。本研究探讨了应用 QTY 密码是否能够降低所选 ATP 合酶 Fo 亚基的疏水性，同时保留其整体分子结构。 我们将 QTY 密码应用于 8 个人 ATP 合酶 Fo 亚基：ATP6、ATP8、ATPK、ATP68、ATPMK、AT5G1、AT5G2 和 AT5G3。跨膜区域中的疏水性氨基酸亮氨酸（L）、异亮氨酸（I）、缬氨酸（V）和苯丙氨酸（F）被系统性地替换为亲水性的谷氨酰胺（Q）、苏氨酸（T）和酪氨酸（Y）。4 个具有可用人 ATP 合酶 CryoEM 结构的天然亚基（PDB：8H9S）与其由 AlphaFold3 预测的 QTY 类似物进行了叠合比较。天然 ATP 合酶 Fo 亚基与各自的 QTY 类似物叠合良好。对于 CryoEM-天然结构的比较，RMSD 值范围为 0.565[A] 至 2.546[A]。对于无 CryoEM 结构亚基的 AlphaFold3-天然结构比较，RMSD 值范围为 0.204[A] 至 0.297[A]。尽管跨膜区域中存在大量 QTY 替换，替换比例范围为 38.89% 至 50.79%，QTY 类似物仍保留了相似的整体折叠、分子量和等电点。疏水表面分析显示，与其天然对应物相比，QTY 类似物的疏水斑块减少，平均疏水性由天然蛋白中的 0.2959 降至 QTY 类似物中的 -1.1023。这些结构生物信息学研究表明，QTY 密码可应用于 ATP 合酶 Fo 亚基，以生成更亲水、潜在可溶于水的类似物，同时保持整体结构相似性。这些结果将 QTY 密码的应用扩展到了 ATP 合酶的膜嵌入 Fo 区段，并为未来的实验研究奠定了基础，以检验这些 QTY 类似物是否能够被表达、纯化，并用于评估其组装功能或与质子转运相关的功能。

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