Die gekoppelte Rotation der beiden Motoren einer einzelnen F0F1-ATP Synthase: Elastische Energiespeicherung während ATP Synthese und Hydrolyse

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F0F1-ATP Synthase katalysiert die Bildung von ATP in den Membranen der Mitochondrien, Chloroplasten und Bakterien. Die Synthese von ATP am F1-Teil des Enzyms ist mechanisch an den Transport von Protonen über die Membran durch den Fo-Teil gekoppelt. Es wird gegenwärtig angenommen, dass diese Kopplung durch zwei unterschiedliche Arten von Rotationsbewegungen innerhalb des Enzyms erfolgt: eine Rotation der ¿ - und ¿ -Untereinheiten in drei 120° Schritten innerhalb des F1-Teils und eine Rotation in 10 bis 14 Schritten der c-Untereinheiten des F0-Teils. Die Kopplung beider Motoren resultiert in einem nicht-ganzzahligen Verhältnis transportierter Protonen zu ATP und setzt voraus, dass konformationelle Deformationen während der Subschritte des F0-Rotation verlustfrei akkumuliert werden können. Um dieses fundamentale Problem der Nicht-Symmetrie zu lösen, haben W. Junge und Kollegen die Hypothese einer elastischen Energiezwischenspeicherung in den Untereinheiten des Stators oder an der Grenzfläche zwischen ¿ -und ¿ -Untereinheit aufgestellt. Wir schlagen nun einen Weg vor, um experimentell dieses Konzept zu prüfen und die molekuaren Komponenten einer transienten Energiespeicherung an einer einzelnen F0F1-ATP Synthase in einem Liposom zu identifizieren, welches an einer Oberfläche immobilisiert ist. Der konformationelle Zustand eines individuellen Enzyms während der Katalyse wird mithilfe des Fluoreszenz Resonanz Energie Transfers (FRET) verfolgt. Gleichzeitig wird die aktuelle treibende Kraft gemessen, indem der pH-Wert innerhalb des einzelnen Liposoms zeitaufgelöst und abwechselnd zur FRET-Messung bestimmt wird.