Rhodobacter capsulatus のクロマトフォア小胞には、平均して F(O)F(1)-ATP 合成酵素が 1 つずつ含まれている

Chromatophore vesicles of Rhodobacter capsulatus contain on average one F(O)F(1)-ATP synthase each.

• Boris A Feniouk
• Dmitry A Cherepanov
• Natalia E Voskoboynikova
• Armen Y Mulkidjanian
• Wolfgang Junge

抄録

ＡＴＰ合成酵素は、プロトンの膜貫通電気化学的電位差（Δ（Ｈ（＋）））を利用して、ＡＤＰと無機リン酸塩からＡＴＰを合成するユニークな回転機械である。酵素による電荷移動は、光栄養細菌の色素胞（細胞質膜の侵食に由来する小胞）の中で最も便利に追跡することができます。短い光のフラッシュによる色素の励起は、プロトン起電力のステップを生成し、ATP合成に結合している電荷移動は、結合膜中の内在性カロテノイドのエレクトロクロミック吸収過渡現象によって分光光度計でモニターすることができます。クロマトフォア小胞あたりの機能性酵素分子の平均数を評価した。エレクトロクロミック過渡現象の速度論的解析から、酵素関連のプロトン移動の程度は阻害剤濃度の関数として低下したが、プロトン移動の時定数はわずかに変化した。また、プロトン伝導性F(O)F(1)分子の数は、1色体あたり平均約1個であった。これにより、Rhodobacter capsulatusの色素体は、プロトン輸送とATP合成の結合を単一の酵素/単一小胞モードで研究できるシステムを提供することができる。

ATP synthase is a unique rotary machine that uses the transmembrane electrochemical potential difference of proton (Delta(H(+))) to synthesize ATP from ADP and inorganic phosphate. Charge translocation by the enzyme can be most conveniently followed in chromatophores of phototrophic bacteria (vesicles derived from invaginations of the cytoplasmic membrane). Excitation of chromatophores by a short flash of light generates a step of the proton-motive force, and the charge transfer, which is coupled to ATP synthesis, can be spectrophotometrically monitored by electrochromic absorption transients of intrinsic carotenoids in the coupling membrane. We assessed the average number of functional enzyme molecules per chromatophore vesicle. Kinetic analysis of the electrochromic transients plus/minus specific ATP synthase inhibitors (efrapeptin and venturicidin) showed that the extent of the enzyme-related proton transfer dropped as a function of the inhibitor concentration, whereas the time constant of the proton transfer changed only marginally. Statistical analysis of the kinetic data revealed that the average number of proton-conducting F(O)F(1)-molecules per chromatophore was approximately one. Thereby chromatophores of Rhodobacter capsulatus provide a system where the coupling of proton transfer to ATP synthesis can be studied in a single enzyme/single vesicle mode.