19.12: Белок-переносчик АДФ/АТФ

Переносчик АДФ/АТФ или белок AAC является наиболее распространенным белком-переносчиком во внутренней мембране митохондрий. Ежедневно он транспортирует большое количество АДФ и АТФ, эквивалентное среднему весу человеческого тела. Среди других транспортеров белок ACC является одним из наиболее изученных членов семейства митохондриальных белков-переносчиков. Белок-переносчик АДФ/АТФ состоит из двух трансмембранных спиралей, соединенных в петлю, и одной альфа-спирали на стороне матрикса. Он переключается между двумя конформационными состояниями: открытым -цитоплазмой и открытым -матриксом. В результате сайт связывания субстрата-транспортера поочередно доступен каждому из компартментов для связывания АДФ/АТФ.

Большинство эукариотических клеток экспрессируют различные изоформы белка-переносчика АДФ/АТФ. Например, у людей есть четыре изоформы: AAC1, AAC2, AAC3 и AAC4, с разными паттернами экспрессии в разных клетках. Независимо от изоформ, все белки-переносчики АДФ/АТФ обладают заметно более высокой субстратной специфичностью, чем другие переносчики внутри митохондриальных мембран. AAC распознает каждую часть нуклеотидной структуры и пропускает только заряженные нуклеотиды. Например, АТФ имеет заряд -4, а АДФ несет заряд -3, и поэтому оба они распознаются белком ААС. Напротив, AAC отвергает любой незаряженный нуклеотид, такой как AMP, из-за своей селективности по заряду.

Большинство транспортеров образуют большие суперкомплексы с другими белками. Долгое время считалось, что переносчик АДФ/АТФ, белки-переносчики фосфата и АТФ-синтаза образуют большой комплекс, называемый АТФ-синтасомой. Однако теперь известно, что АТФ-синтаза образует димеры на кончике крист. Такое расположение делает только вращающееся C-кольцо открытым для липидного бислоя без каких-либо вероятных мест связывания для транспортеров. Таким образом, АСС функционирует независимо при транспортировке АДФ и АТФ через внутреннюю мембрану митохондрий.

Переносчик АДФ/АТФ представляет собой белковый димер объемом 30 килодальтон, который в изобилии содержится во внутренней митохондриальной мембране. Он действует как антипортер, который обеспечивает вход АДФ в митохондриальный матрикс и выход АТФ в межмембранное пространство.

Внутренняя мембрана также имеет еще один транспортер, который опосредует одновременный импорт неорганического фосфата и протона.

Оба этих белка-переносчика функционируют с помощью протон-движущих сил, присутствующих на внутренней митохондриальной мембране.

Процесс начинается, когда АДФ из межмембранного пространства присоединяется к нуклеотид-связывающему сайту на белке-носителе АДФ/АТФ. Это вызывает конформационное изменение антипортера, что позволяет высвобождению АДФ в митохондриальный матрикс.

Аналогичным образом, когда молекула неорганического фосфата и протон связываются с фосфатным носителем, носитель претерпевает конформационное изменение и впоследствии транспортирует фосфат и протон к матрице.

Достигнув матрицы, молекулы субстрата диффундируют и связываются с ферментативными карманами АТФ-синтазы для превращения в АТФ.

Затем вновь синтезированный АТФ связывается с носителем АДФ/АТФ, вызывая конформационное изменение антипортера. Это позволяет АТФ проникать в межмембранное пространство, а затем выходить из митохондрий в цитозоль, чтобы быть использованным различными клеточными органеллами.