ATP Synthase : Une machine moléculaire "démoniaque" aux propriétés inhabituelles

Chérif F. Matta
Département de Chimie et de Physique, Université Mount Saint Vincent, Halifax, Nova Scotia, Canada; Département de Chimie, Université Laval, Québec, Québec, Canada; Département de Chimie, Université Saint Mary's, Nova Scotia, Canada

Mercredi 13 Novembre 2024, 11H00
Bibiothèque du LCT, Couloir 12-13, 4ème étage, Campus Pierre et Marie Curie


De nouvelles fonctions biologiques de l'ATP synthase ont été récemment proposées. On pense maintenant que cette enzyme interfère avec l'énergétique de la réaction elle-même et pas seulement avec la barrière d'énergie potentielle (qui détermine la vitesse) de la réaction. Ce rôle inhabituel est dû au potentiel électrostatique de l'enzyme. Les structures cristallographiques de l'ATP synthase de différentes espèces sont utilisées pour comparer leurs potentiels électrostatiques en résolvant l'équation de Poisson-Boltzmann (linéarisée et discrétisée) dans un environnement simulant celui des mitochondries. La différence de potentiel qu'un proton subit uniquement en raison du potentiel électrostatique de l'enzyme elle-même se situe à un ordre de grandeur près de la différence de potentiel chimiosmotique. Par ailleurs, l'ATP synthase est une machine à trier et, en tant que telle, fonctionne comme un démon de Maxwell (inversé) et, par conséquent, l'effacement de l'information doit s'accompagner d'une dissipation de l'entropie. Il est donc suggéré que deux nouveaux termes doivent être ajoutés à l'expression ΔG de la théorie chimiosmotique qui, avec les nouveaux termes ajoutés, peut maintenant se lire :

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La figure montre le potentiel électrostatique dans deux plans perpendiculaires à l'axe long de la protéine correspondant aux points d'entrée et de sortie du proton où le plan d'entrée (rouge) est clairement positif tandis que le plan de sortie est négatif. Ainsi, l'ATP synthase, outre son rôle putatif de catalyseur, modifie le ΔG de la réaction de translocation du proton de l'espace intermembranaire vers la matrice mitochondriale. Elle donne d'une main (par son potentiel électrostatique) ce qu'elle reprend de l'autre (comme un démon de Maxwell).

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References :
[1] J.- N. Vigneau, P. Fahimi, M. Ebert, Y. Cheng, C. Tannahill, P. Muir, T.-T. Nguyen-Dang, and C. F. Matta, Chem. Commm. 2022, 58, 2650.
[2] P. Fahimi, and C. F. Matta, Trends Chem. 2022, 4, 96.
[3] C. F. Matta, and L. Massa, J. Phys. Chem. A 2017, 121, 9131.