Résumé :
L'ATP synthase, une enzyme cruciale dans la production d'énergie cellulaire, subit des changements conformationnels dynamiques au cours de son cycle catalytique. Un aspect intrigant de l’ATP synthase est sa capacité à fonctionner dans des environnements à pH différent. Si son activité est optimale à pH physiologique, l’ATP synthase présente également une activité significative à pH acide. Cependant, les mécanismes détaillés qui sous-tendent ses performances dans des conditions acides restent mal compris.
Dans cette étude, nous avons utilisé une combinaison de techniques expérimentales et de modélisation informatique pour étudier les caractéristiques structurelles et fonctionnelles de l'ATP synthase à l'état acide. À l’aide de la microscopie cryoélectronique de pointe, nous avons capturé des structures à haute résolution de l’ATP synthase provenant d’une bactérie thermophile, Thermus thermophilus, à un pH acide de 6,0. Une analyse détaillée de ces structures a révélé des différences frappantes par rapport aux structures bien connues obtenues à pH neutre. Le pH acide a induit des changements conformationnels importants dans l'enzyme, impliquant des ajustements dans les domaines transmembranaires, la tige centrale et la tige périphérique.
Nos analyses biochimiques ont complété les résultats structurels, démontrant que l'ATP synthase conserve une activité substantielle de synthèse d'ATP à pH acide. Les mesures cinétiques ont indiqué des altérations des paramètres cinétiques de l'enzyme, suggérant des adaptations à l'environnement acide. De plus, des expériences de mutagenèse dirigée sur site ont identifié des résidus d'acides aminés spécifiques essentiels au maintien de l'activité à un pH acide.
Pour mieux comprendre le comportement dynamique de l'ATP synthase dans des conditions acides, nous avons effectué des simulations approfondies de dynamique moléculaire. Ces simulations ont fourni des détails au niveau atomique sur les fluctuations structurelles, les changements de conformation et les voies de transfert de protons impliqués dans la synthèse de l'ATP. Les résultats informatiques ont corroboré les observations expérimentales et ont fourni une base pour disséquer les aspects énergétiques du fonctionnement de l'enzyme.
Grâce à notre enquête approfondie, nous avons considérablement élargi notre compréhension des mécanismes fonctionnels de l’ATP synthase à l’état acide. Cette étude met en lumière l'adaptabilité de l'enzyme à diverses conditions de pH, ce qui est pertinent pour son fonctionnement dans divers environnements biologiques, notamment les compartiments acides des cellules, les organismes acidophiles et les applications industrielles difficiles. De plus, nos résultats contribuent à une compréhension plus large de la bioénergétique et de la catalyse enzymatique, ouvrant des voies pour de futures recherches et des applications biotechnologiques potentielles.
