Authors:	Lauer, Iris
Title:	Untersuchung der Strukturdynamik arbeitender F1-ATPase und ATP-Synthase aus Micrococcus luteus in Einzelschußexperimenten mit Synchrotronstrahlung
Online publication date:	1-Jan-2001
Year of first publication:	2001
Language:	german
Abstract:	ZusammenfassungDie ATP-Synthase koppelt im Energiestoffwechsel der Zellen den Protonentransport über die biologische Membran mit der Synthese des energiespeichernden Moleküls ATP aus ADP und Phosphat. ATP-Synthasen bestehen aus 2 Subkomplexen, wobei der katalytische F1-Teil von der membranständigen Domäne abgelöst werden kann und nur zur ATP-Hydrolyse fähig ist. Der hochkooperative Reaktionsmechanismus der dreizentrigen ATP-Synthasen ist weitgehend unklar.Im Rahmen dieser Arbeit wurde der ATP-Synthasekomplex und ihr wasserlösliches katalytisches F1-Fragment aus Micrococcus luteus in präparativem Maßstab mittels chromatographischer Trennmethoden isoliert. Die Überprüfung der Funktionalität beider Enzyme erfolgte mit enzymatischen Methoden. Durch zeitaufgelöste Röntgenkleinwinkelstreuung wurde die Strukturdynamik der arbeitenden ATP-Synthase und ihres F1-Fragmentes aus Micrococcus luteus im Laufe des ATP-Hydrolysezyklus untersucht. Diese Methode diente zum Nachweis weiträumiger Konformationsänderungen innerhalb der arbeitenden Enzyme unter nativen physiologischen Bedingungen. Die zeitaufgelösten Streuexperimente fanden an der ESRF (Europäische Synchrotronstrahlungsquelle) in Grenoble (F) statt. Dort wurden für beide Enzyme im Laufe des ATP-Hydrolysezykus molekulare Bewegungen nachgewiesen. Als Referenz zu den zeitaufgelösten Messungen dienten statische Messungen zur Strukturuntersuchung der Proteine am schwächeren DESY. Anhand dieser Strukturdaten wurden Molekülmodelle der F1-ATPase und ATP-Synthase aus Micrococcus luteus konstruiert. Das Molekülmodell der F1-ATPase war die Grundlage zur Modellierung einzelner Teilschritte des ATP-Hydrolysezyklus bei 20°C. Die experimentellen Daten wurden mit einer Kippbewegung der membranseitigen Domäne der katalytischen b-Untereinheiten der F1-ATPase während des ATP-Hydrolysezyklus interpretiert. AbstractIn cell metabolism ATP synthase couples the proton transport across biological membranes with the synthesis of the energy-storing molecule ATP from ADP and phosphate. ATP synthases consist of two subcomplexes; the catalytic F1-unit can be separated from the membrane-bound domaine and is then only capable of performing ATP hydrolysis. The highly cooperative reaction mechanism of the three enzymatically active sites remains unclear.In this study the ATP-synthase complex and its water-soluble catalytic F1-fragment was isolated from Micrococcus luteus by chromatographic techniques on a preparative scale. The enzymatic activities of both enzymes was tested by determing the phosphate production. The structural dynamics of working ATP synthase and its F1-fragment of Micrococcus luteus during the ATP hydrolysis cycle was investigated by time-resolved X-ray small-angle scattering. This technology serves as detection method for long range structural conformation changes within the working enzymes under native physiological conditions. The time-resolved scattering experiments were performed at the European Sychrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, France. We could verify molecular motions of both enzymes during the ATP hydrolysis cycle.Static experiments of protein structure were investigated as reference to the time-resolved measurements using weak X-ray radiation at DESY synchrotron. Based on these structure data molecular models of the F1ATPase and ATP synthase from M. luteus were constructed. The three dimensional structure of F1ATPase was the starting point for modeling different steps of the ATP hydrolysis cycle at 20°C. Finally, the experimental data were interpreted as a tilting motion of a fraction of the catalytic b-subunit of F1ATPase during the ATP hydrolysis cycle.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2946
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-2241
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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