F$_1$-ATP 酶合成 ATP 的单分子热力学

F$_\mathrm{o}$F$_1$-ATP 合酶是几乎所有细胞中合成 ATP 的工厂。其核心机器是 F$_1$-马达亚复合物（F$_1$-ATP 酶），执行可逆的力化学耦合。分离的 F$_1$-马达水解 ATP，并伴随其中心$\gamma$轴的单向旋转。当施加强大的反向扭矩时，$\gamma$轴向相反方向旋转，驱动 F$_1$-马达合成 ATP。这种机械能到化学自由能的转导是多步细胞 ATP 合成途径的最后且核心的一步。在此，我们结合非平衡理论与对外部扭矩响应的单分子测量方法，确定了 F$_1$-马达在强制旋转过程中合成一个 ATP 分子所利用的机械功量。我们发现，即使在远非准静态过程的旋转中，马达的内部耗散也是可忽略不计的。