衣藻叶绿体ATP合酶中的13亚基c环降低了碳固定的H⁺/ATP成本

叶绿体 F₁F₀ ATP 合酶是一种旋转马达，可将光驱动的质子驱动力转化为 ATP 的化学能。其转子中 c 亚基的数量决定了每合成一个 ATP 所转运的质子数，这是生物能量学系统的一个基本参数。作为参考，菠菜酶含有 14 个 c 亚基，H⁺/ATP 比值为 4.67。绿藻还具有碳浓缩机制，能够以大量 ATP 代价维持水环境中的 CO₂ 固定；然而，藻类 ATP 合酶的结构，以及其生物能量学参数是否不同于维管植物，仍未得到解析。在此，我们解析了莱茵衣藻 ATP 合酶的 2.2 Å 结构，发现该酶携带由 13 个亚基组成的 c 环，这是叶绿体中 c₁₄ 构型的首次偏离，其预测的 H⁺/ATP 比值较低，为 4.33。排列有序的水分子勾勒出一条穿过膜的格罗特胡斯质子接力通路，其中一个绝缘性三元组将质子加载位点与卸载位点分隔开来，并将质子通量与旋转耦联。氧化还原开关 γ 亚基中的单个替换消除了其与催化性 β 亚基之间的接触；在维管植物中，这一接触可使酶在黑暗中处于闲置状态。藻类 ATP 合酶的这些独特特征降低了光照下碳固定的 H⁺/ATP 代价，并促进了黑暗中的乙酸代谢。

叶绿体F₁F₀-ATP合酶是一种旋转分子马达，可将光驱动的质子动力势转化为ATP中的化学能。其转子中c亚基的数目决定了每生成一个ATP所转运的质子数，这是生物能量系统的一个基本参数。作为参照的菠菜酶含有14个c亚基，其H⁺/ATP比为4.67。绿藻还具有碳浓缩机制，能够维持水相环境中的CO₂固定，但这一过程需要付出大量ATP成本。然而，藻类分子马达的结构，以及其生物能量学参数是否不同于维管植物，仍未得到解析。在此，我们解析了莱茵衣藻ATP合酶的2.2 Å结构，结果显示该酶具有由13个c亚基组成的c环，这是叶绿体中首次偏离c₁₄构型，其预测H⁺/ATP比也较低，为4.33。有序水分子勾勒出一条贯穿膜内的格罗特胡斯质子传递路径，其中一个绝缘三联体将质子加载位点与卸载位点分隔开，并将质子通量与旋转运动耦联。氧化还原开关γ亚基中的单一替换，消除了其与催化性β亚基之间的接触；在维管植物中，这种接触可使酶在黑暗中处于闲置状态。绿藻ATP合酶的这些独特特征降低了光照条件下碳固定所需的H⁺/ATP成本，并促进了黑暗条件下的乙酸代谢。

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🏷️ 衣藻叶绿体 ATP合酶 c环结构 质子驱动力 碳固定 生物能量学