Introduction of a Sodium-Binding Motif into Subunits a and c of Bacillus sp. PS3 Proton F-ATPase Does Not Result in Sodium Specificity of the Enzyme

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In bacteria F-type ATPase (F-ATPase) plays a key role in bioenergetics and couples ATP synthesis/hydrolysis with the transport of ions (H+ or Na+) across the membrane. The ion specificity of the enzyme is determined by the amino acid sequence of subunits c and а. Here, we introduced several mutations (7 in subunit c and 6 in subunit a) into F-ATPase of thermophilic bacterium Bacillus sp. PS3 in order to change the ion specificity of the enzyme from proton to sodium. The mutations did not affect the ATPase activity of the enzyme, but led to loss of proton conductivity and impaired the binding of subunit a to the c-subunit oligomer, rather than changed the ion specificity.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. M. Bruman

Lomonosov Moscow State University; Winogradsky Institute of Microbiology, Federal Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Email: feniouk@belozersky.msu.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

A. V. Litvin

Winogradsky Institute of Microbiology, Federal Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences; Skolkovo Institute of Science and Technology

Email: feniouk@belozersky.msu.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

A. S. Lapashina

Lomonosov Moscow State University; Winogradsky Institute of Microbiology, Federal Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences

Email: feniouk@belozersky.msu.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

B. A. Fenyuk

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: feniouk@belozersky.msu.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Bietenhader M., Martos A., Tetaud E., Aiyar R. S., Sellem C. H., Kucharczyk R., et al. Experimental relocation of the mitochondrial ATP9 gene to the nucleus reveals forces underlying mitochondrial genome evolution // PLoS Genet. 2012. V. 8. Art. e1002876.
  2. Datsenko K. A., Wanner B. L. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. P. 6640–6645.
  3. Fillingame R. H. Identification of the dicyclohexylcarbodiimide-reactive protein component of the adenosine 5 triphosphate energy-transducing system of Escherichia coli // J. Bacteriol. 1975. V. 124. P. 870–883.
  4. Lapashina A. S., Shugaeva T. E., Berezina K. M., Kholina T. D., Feniouk B. A. Amino acid residues β139, β189, and β319 modulate ADP-inhibition in Escherichia coli H+-FF-ATP synthase // Biochemistry (Moscow). 2019. V. 84. P. 407–415.
  5. Laubinger W., Dimroth P. Characterization of the Na+-stimulated ATPase of Propionigenium modestum as an enzyme of the F1F0 type // Eur. J. Biochem. 1987. V. 168. P. 475–480.
  6. Mulkidjanian A. Y., Galperin M. Y., Makarova K. S., Wolf Y. I., Koonin E. V. Evolutionary primacy of sodium bioenergetics // Biol. Direct. 2008. V. 3. Art. 13. https://doi.org/10.1186/1745-6150-3-13
  7. Nishimura M., Ito T., Chance B. Studies on bacterial photophosphorylation. III. A sensitive and rapid method of determination of photophosphorylation // Biochim. Biophys. Acta. 1962. V. 59. P. 177–182.
  8. Schneider E., Altendorf K. All three subunits are required for the reconstitution of an active proton channel (F0) of Escherichia coli ATP Synthase (F1F0) // EMBO J. 1985. V. 4. P. 515–518.
  9. Suzuki T., Ueno H., Mitome N., Suzuki J., Yoshida M. F0 of ATP synthase is a rotary proton channel: obligatory coupling of proton translocation with rotation of c-subunit ring // J. Biol. Chem. 2002. V. 277. P. 13281–13285.
  10. Toei M., Noji H. Single-molecule analysis of F0F1-ATP synthase inhibited by N, N-dicyclohexylcarbodiimide // J. Biol. Chem. 2013. V. 288. P. 25717–25726.
  11. Zhang Y., Fillingame R. H. Changing the ion binding specificity of the Escherichia coli H(+)-transporting ATP synthase by directed mutagenesis of subunit c // J. Biol. Chem. 1995. V. 270. P. 87–93.
  12. Zubareva V. M., Lapashina A. S., Shugaeva T. E., Litvin A. V., Feniouk B. A. Rotary ion-translocating ATPases/ATP synthases: diversity, similarities, and differences // Biochemistry (Moscow). 2020. V. 85. P. 1613–1630.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Normalised fluorescence of AFMA in the presence of membrane particles containing TF0F1-WT (continuous curve) or TF0F1-Tr-12 (discontinuous curve). a - sodium succinate was added to 3 mM followed by sodium malonate to 30 mM; b - ATP was added to 500 μM followed by a mixture of valinomycin and nigericin (uncoupler) to 500 nM of each in the cuvette

Download (169KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. a - Effect of incubation with DCCD on ATPase activity of VLS with TF0F1-WT or TF0F1-Tr-12. The ratios of the ATPase activity values in the sample with DCCD to those in similar control samples without DCCD are shown. Points for which the standard deviation is shown were replicated in three repeats, the others are averages calculated from two repeats. b - Subunit composition of purified TF0F1-WT and TF0F1-Tr-12 complexes (electrophoresis under denaturing conditions in 12% polyacrylamide gel). Letters on the right indicate individual subunits

Download (200KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».