解读导致F1-ATP酶环顺序水解的亚基间本征耦合

代谢机器F1-ATP酶的旋转顺序水解是揭示定子F1环上多个化学位点间高度协调的显著特征，这也有助于化学反应与中央{\gamma}轴旋转之间的紧密耦合。高速AFM实验发现，即使在缺乏{\gamma}转子的情况下，顺序水解仍维持在F1环上。为探索本征顺序性能如何产生，我们计算研究了线粒体和细菌F1六聚体环上本质的亚基间耦合。我们首先通过在与动力学上施加亚基间耦合以显著促进水解产物释放的F1环上模拟三位点ATP水解循环，重现了实验检测到的顺序水解方案。我们发现，特定的ATP结合和水解事件对于促进邻位ADP和Pi释放以支持顺序水解是关键。然后，通过原子分子动力学模拟以及粗粒化模拟仔细审查了动力学上可行的耦合，其中我们强制实施针对ATP结合或水解的靶向构象变化。值得注意的是，我们检测到不对称的邻位开口，其将在强制ATP结合时促进ADP释放，并在强制邻位ATP水解时通过电荷跳跃计算捕获了完整的Pi释放。当前TMD模拟中揭示的ATP水解触发的Pi释放证实了最近从单分子实验数据统计分析做出的关于ATP水解所起作用的预测。因此，我们的研究阐明了导致F1环旋转顺序水解的亚基间耦合的协同化学动力学和潜在结构动力学。