Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54284 Моделирование в биофизике Modelling in biophycis Моделирование в биофизике ABOUT MECHANISM OF MOTOR ROTATION OF FOF1 NA+-ATP SYNTAZIS, BACTERIAL MOTOR AND MECHANISM ION PUMP OPERATION О МЕХАНИЗМЕ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА FOF1 Nа+-АТФ-СИНТАЗЫ, МОТОРА БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЖГУТИКОВ И МЕХАНИЗМЕ РАБОТЫ ИОННОЙ ПОМПЫ Васильева-Вашакмадзе Н С Vasilieva-Vashakmadze N S engacad@mail.ru; nonavas@rambler.ru Инженерная академия Грузии ru Engineering academy of Georgia ru 25 06 2018 25 06 2018 3 2 302 311 20 06 2018 20 06 2018 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54284/view

В данной работе рассматривается возможный механизм вращения молекулярного ротора на примере FOF1 Na+-ATP-синтазы Iliobacter tartaricus , Propionigenium modestum ; механизм, лежащий в основе вращающего момента бактериальных жгутиков, а также возможный физический принцип, обеспечивающий работу ионной помпы - активного ионного транспорта. Показано, что механизм вращения молекулярных роторов, а также механизм переноса ионов против градиента концентрации - одинаков как для протонной, так и для натриевой биоэнергетики.

In this paper, we propose a possible mechanism for the rotation of the molecular rotor by the example of FOF1 Na+-ATP-synthase Propionigenium modestum , the mechanism of the torque of bacterial flagella, and the work of the ion pump. It is shown that the mechanism of rotation of molecular rotors, the transfer of ions against the concentration gradient, is the same for both proton and sodium bioenergetics.

 механизм вращения молекулярных моторов вращающий момент ротора АТФ-синтаз вращающий момент базальных телец бактериальных жгутиков механизм активного транспорта ионов mechanism of molecular motors the rotational torque of the ATP-synthase- rotor the torque of the basal bodies of bacterial flagella the mechanism of active ion transport

Скулачёв В.П. Законы биоэнергетики. CОЖ, МГУ им. Ломоносова, 1997, т. 01, с. 9-14. [Skulachov V.P. Bioenergetics laws. SOJ, MSU of Lomonosov, 1997, vol. 01, pp. 9-14. (In Russ.)] Skulachev V.P. Zakony bioenergetiki. COZh, MGU im. Lomonosova, 1997, t. 01, s. 9-14. [Skulachov V.P. Bioenergetics laws. SOJ, MSU of Lomonosov, 1997, vol. 01, pp. 9-14. (In Russ.)] Романовский Ю.М., Тихонов А.Н. Молекулярные преобразователи энергии живой клетки. Протонная АТФ-аза - вращающийся молекулярный мотор. УФН, 2010, т. 180, с. 931-956. [Romanovskiy Yu.M., Tikhonov A.N. Molecular energy converters of living cells. Proton ATP-ase - a rotating molecular motor. UFN, 2010, vol. 180, pp. 931-956. (In Russ.)] Romanovskiy Yu.M., Tihonov A.N. Molekulyarnye preobrazovateli energii zhivoy kletki. Protonnaya ATF-aza - vraschayuschiysya molekulyarnyy motor. UFN, 2010, t. 180, s. 931-956. [Romanovskiy Yu.M., Tikhonov A.N. Molecular energy converters of living cells. Proton ATP-ase - a rotating molecular motor. UFN, 2010, vol. 180, pp. 931-956. (In Russ.)] Kinosita K., Yasuda J.R., Noji H., Adachi K. A rotary molecular motor that can work at near 100% efficiency. Philos. Trans R. Soc. Lond. B. Biol. Sci., 2000, vol. 355(1396), pp. 473-489. Kinosita K., Yasuda J.R., Noji H., Adachi K. A rotary molecular motor that can work at near 100% efficiency. Philos. Trans R. Soc. Lond. B. Biol. Sci., 2000, vol. 355(1396), pp. 473-489. Castillo J.P., Rui H., Basilio D., Das A., Roux B., Latorre R., Bezanilla F., Holmgren M. Mechanism of potassium ion uptake by the Na(+)/K(+)-ATPase. Nat Commun., 2015, vol. 6, p. 7622. Castillo J.P., Rui H., Basilio D., Das A., Roux B., Latorre R., Bezanilla F., Holmgren M. Mechanism of potassium ion uptake by the Na(+)/K(+)-ATPase. Nat Commun., 2015, vol. 6, p. 7622. Скулачёв В.П. Биоэнергетика. Мембранные преобразователи энергии. М.: Высш. шк., 1989, 270 с. [Skulachev V.P. Bioenergetics. Membrane energy convertors. Moscow: Visshaya shkola, 1989, 270 p. (In Russ.)] Skulachev V.P. Bioenergetika. Membrannye preobrazovateli energii. M.: Vyssh. shk., 1989, 270 s. [Skulachev V.P. Bioenergetics. Membrane energy convertors. Moscow: Visshaya shkola, 1989, 270 p. (In Russ.)] Kaim G. The Na+-translocating F1F0 ATP synthase of Propionigenium modestum: mechanochemical insights into the F0 motor that drives ATP synthesis. Biochimica et Biphisica Acta (BBA), 2001, vol. 1505, iss. 1, pp. 94-107. Kaim G. The Na+-translocating F1F0 ATP synthase of Propionigenium modestum: mechanochemical insights into the F0 motor that drives ATP synthesis. Biochimica et Biphisica Acta (BBA), 2001, vol. 1505, iss. 1, pp. 94-107. Hakulinen J.K., Klyszeiko A.L., Hoffmann J., Eckardt-Strelau L. [et al.] Structural study on the architecture of the bacterial ATP synthase F motor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2012, vol. 109(30), pp. 357-359. Hakulinen J.K., Klyszeiko A.L., Hoffmann J., Eckardt-Strelau L. [et al.] Structural study on the architecture of the bacterial ATP synthase F motor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2012, vol. 109(30), pp. 357-359. Альтшулер С.А., Козырев Б.М. Электронный парамагнитный резонанс. М.: Наука, 1961, 672 с. [Altshuler S.A., Kozyrev B.M. Electron paramagnetic resonance. Moscow: Nauka, 1961, 672 p. (In Russ.)] Al'tshuler S.A., Kozyrev B.M. Elektronnyy paramagnitnyy rezonans. M.: Nauka, 1961, 672 s. [Altshuler S.A., Kozyrev B.M. Electron paramagnetic resonance. Moscow: Nauka, 1961, 672 p. (In Russ.)] Сликтер Ч. Основы теории магнитного резонанса. М.: Мир, 1981, 448 с. [Slikter C. Bases of magnetic resonance theory. Moscow: Mir, 1989, 448 p. (In Russ.)] Slikter Ch. Osnovy teorii magnitnogo rezonansa. M.: Mir, 1981, 448 s. [Slikter C. Bases of magnetic resonance theory. Moscow: Mir, 1989, 448 p. (In Russ.)] Шестакова А.Н., Буторина А.В., Осадчий А.Е. Магнитоэнцефалография - новейший метод функционального картирования мозга человека. Ж. экспериментальной психологии, 2012, т. 5, № 2, с. 119-134. [Shestakova A.N., Butorina A.V., Osadchiy A.E. Magnetoencephalography - the newest method of functional mapping of the human brain. J. of experimental psychology, 2012, vol. 5, no. 2, pp. 119-134. (In Russ.) Shestakova A.N., Butorina A.V., Osadchiy A.E. Magnitoencefalografiya - noveyshiy metod funkcional'nogo kartirovaniya mozga cheloveka. Zh. eksperimental'noy psihologii, 2012, t. 5, № 2, s. 119-134. [Shestakova A.N., Butorina A.V., Osadchiy A.E. Magnetoencephalography - the newest method of functional mapping of the human brain. J. of experimental psychology, 2012, vol. 5, no. 2, pp. 119-134. (In Russ.) Введенский В.Л., Ожогин В.И. Сверхчувствительная магнитометрия. М.: Наука, 1986, 199 с. [Vvedenskiy V.L., Ojogin V.I. Supersensitive magnetometry. Moscow: Nauka, 1986, 199 p. (In Russ.)] Vvedenskiy V.L., Ozhogin V.I. Sverhchuvstvitel'naya magnitometriya. M.: Nauka, 1986, 199 s. [Vvedenskiy V.L., Ojogin V.I. Supersensitive magnetometry. Moscow: Nauka, 1986, 199 p. (In Russ.)] Парселл Э. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1965, 444 c. [Parcel E. Electricity and magnetism. Moscow: Nauka, 1965, 444 p. (In Russ.)] Parsell E. Elektrichestvo i magnetizm. M.: Nauka, 1965, 444 c. [Parcel E. Electricity and magnetism. Moscow: Nauka, 1965, 444 p. (In Russ.)] Hodjkin A.L., Huxly F.A. A quantitative description of membran current and its application to conduction and exitation in nerve. J. Physiolojy, 1974, vol. 117, no. 4, pp. 500-544. Hodjkin A.L., Huxly F.A. A quantitative description of membran current and its application to conduction and exitation in nerve. J. Physiolojy, 1974, vol. 117, no. 4, pp. 500-544. Besanilla F., Armstrong C.M. Inactivation of the sodium channel. Sodium current experiments. J. Gen Physiol., 1977, vol. 70(5), pp. 549-66. Besanilla F., Armstrong C.M. Inactivation of the sodium channel. Sodium current experiments. J. Gen Physiol., 1977, vol. 70(5), pp. 549-66. Давыдов А.С. Биология и квантовая механика, М.: Наука, 1979, 296 с. [Davydov A.S. Biology and quantum mechanics. Moscow: Nauka, 1979, 296 p. (In Russ.)] Davydov A.S. Biologiya i kvantovaya mehanika, M.: Nauka, 1979, 296 s. [Davydov A.S. Biology and quantum mechanics. Moscow: Nauka, 1979, 296 p. (In Russ.)] Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. Лань, 2010, 464 c. [Matveyev A.N. Electricity and magnetism. Lan’, 2010, 464 p.] Matveev A.N. Elektrichestvo i magnetizm. Lan', 2010, 464 c. [Matveyev A.N. Electricity and magnetism. Lan’, 2010, 464 p.] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982, 621 c. [Landau L.D., Lifshits E.M. Electrodynamics of Continuous Media. Moscow: Nauka, 1982, 621 p. (In Russ.)] Landau L.D., Lifshic E.M. Elektrodinamika sploshnyh sred. M.: Nauka, 1982, 621 c. [Landau L.D., Lifshits E.M. Electrodynamics of Continuous Media. Moscow: Nauka, 1982, 621 p. (In Russ.)] Malvankar N.S., Yalcin S.E., Tuominen M.T., Lovlley D.R. Visualization of charge propagation along individual pili proteins using ambient electrostaticforcemicroscopy. Nature Nanotechnology Letters, 2014, vol. 9, pp. 1012-1017. Malvankar N.S., Yalcin S.E., Tuominen M.T., Lovlley D.R. Visualization of charge propagation along individual pili proteins using ambient electrostaticforcemicroscopy. Nature Nanotechnology Letters, 2014, vol. 9, pp. 1012-1017. Waleed S.M., Jamal D.M., Starikov E.B., Cuniberti G. Electrical conductance in biological molecules. Adv.Funct. Mater, 2010, pp. 1865-1883. Waleed S.M., Jamal D.M., Starikov E.B., Cuniberti G. Electrical conductance in biological molecules. Adv.Funct. Mater, 2010, pp. 1865-1883. Васильева-Вашакмадзе Н.С. О внутренней взаимосвязи между аллостерическим, мезомерным и индуктивным эффектами в α-спиральных белковых комплексах. V Съезд Биофизиков России. Материалы, 2015, т. 1, № 73, с. 153-156. [Vasilieva-Vashkamadze N.S. On the internal relationship between allosteric, mesomeric and inductive effects in α-helical protein complexes. V Congress of Biophysicists of Russia. Materials, 2015, vol. 1, no. 73, pp. 153-156. (In Russ.)] Vasil'eva-Vashakmadze N.S. O vnutrenney vzaimosvyazi mezhdu allostericheskim, mezomernym i induktivnym effektami v α-spiral'nyh belkovyh kompleksah. V S'ezd Biofizikov Rossii. Materialy, 2015, t. 1, № 73, s. 153-156. [Vasilieva-Vashkamadze N.S. On the internal relationship between allosteric, mesomeric and inductive effects in α-helical protein complexes. V Congress of Biophysicists of Russia. Materials, 2015, vol. 1, no. 73, pp. 153-156. (In Russ.)] Сивухин Д.В. Общий курс физики. III т. М.: Наука, 1977, 704 с. [Sivuhin D.V. General course of physics. Vol. III. Moscow: Science, 1977, 704 p. (In Rus,,)] Sivuhin D.V. Obschiy kurs fiziki. III t. M.: Nauka, 1977, 704 s. [Sivuhin D.V. General course of physics. Vol. III. Moscow: Science, 1977, 704 p. (In Rus,,)] Вихардполь Р. Учение об электричестве. М.: Физматгиз,, 1962, 316 с. [Vihardpol R. The study of electricity. Moscow: Physmathgis., 1962, 316 p. (In Russ.)] Vihardpol' R. Uchenie ob elektrichestve. M.: Fizmatgiz,, 1962, 316 s. [Vihardpol R. The study of electricity. Moscow: Physmathgis., 1962, 316 p. (In Russ.)] Скулачёв В.П. Электродвигатель бактерий. СОЖ, 1996, т. 9, с 2-7. [Skulachov V.P. Bacterial electroengine. SOJ, 1996, vol. 9, pp. 2-7. [In Russ.]) Skulachev V.P. Elektrodvigatel' bakteriy. SOZh, 1996, t. 9, s 2-7. [Skulachov V.P. Bacterial electroengine. SOJ, 1996, vol. 9, pp. 2-7. [In Russ.]) Renui L. Stepwise formation of the bacterial flagellar system. PNAS, 2017, vol. 104, no. 17, pp. 7116-7121, Renui L. Stepwise formation of the bacterial flagellar system. PNAS, 2017, vol. 104, no. 17, pp. 7116-7121, Omoto C.K., Gibbsons I.R., Kamiya D.R. Rotation of the Central Pair Microtubules in Eucaryotic Flagella. Molec. Biology of the Cell., 1999, vol. 10, pp. 14-44. Omoto C.K., Gibbsons I.R., Kamiya D.R. Rotation of the Central Pair Microtubules in Eucaryotic Flagella. Molec. Biology of the Cell., 1999, vol. 10, pp. 14-44. Романовский Ю.М., Тихонов А.Н. Молекулярные преобразователи энергии живой клетки. Протонная АТФ-аза - вращающийся молекулярный мотор. УФН, 2010, т. 180, с. 931-956. [Romanovskiy Yu. M., Tikhonov A.N. Molecular energy converters of living cells. Proton ATP-ase is a rotating molecular motor. UFN, 2010, vol. 180, pp. 931-956. (In Russ.)] Romanovskiy Yu.M., Tihonov A.N. Molekulyarnye preobrazovateli energii zhivoy kletki. Protonnaya ATF-aza - vraschayuschiysya molekulyarnyy motor. UFN, 2010, t. 180, s. 931-956. [Romanovskiy Yu. M., Tikhonov A.N. Molecular energy converters of living cells. Proton ATP-ase is a rotating molecular motor. UFN, 2010, vol. 180, pp. 931-956. (In Russ.)] Jensen R.B., Wang C.C., Shapiro L. Dynamic localization of proteins and due during a bacterial cell cycle. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2002, vol. 3, pp. 167-176. Jensen R.B., Wang C.C., Shapiro L. Dynamic localization of proteins and due during a bacterial cell cycle. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2002, vol. 3, pp. 167-176. Эрдеи-Груз Т.Н. Явления переноса в водных расворах, М.: Мир, 1976, 597 с. [Erdei-Hruz T.H. Phenomena of transition in aquatic solution. Moscow: Mir, 1976, 597 p. (In Russ.)] Erdei-Gruz T.N. Yavleniya perenosa v vodnyh rasvorah, M.: Mir, 1976, 597 s. [Erdei-Hruz T.H. Phenomena of transition in aquatic solution. Moscow: Mir, 1976, 597 p. (In Russ.)] Прохоров А.М. Энциклопедический словарь по физике. М.: Сов. энциклопедия, 1983, 944 с. [Prokhorov A.M. Encyclopedic vocabulary on physics. Moscow: Soviet encyclopedy, 1983, 944 p. (In Russ.)] Prohorov A.M. Enciklopedicheskiy slovar' po fizike. M.: Sov. enciklopediya, 1983, 944 s. [Prokhorov A.M. Encyclopedic vocabulary on physics. Moscow: Soviet encyclopedy, 1983, 944 p. (In Russ.)] Киттель Ч. Физика твёрдого тела. М.: Наука, 1967, 615 с. [Kittle C. Physics of solid state. Moscow: Nauka, 1967, 615 p. (In Russ.)] Kittel' Ch. Fizika tverdogo tela. M.: Nauka, 1967, 615 s. [Kittle C. Physics of solid state. Moscow: Nauka, 1967, 615 p. (In Russ.)] Измаилов П.А. Электрохимия растворов. М.: Хим., 1976, 468 с. [IzmailovvP.A. Electrochemistry of solution. Moscow: Chem., 1976, 468 p. (In Russ.)] Izmailov P.A. Elektrohimiya rastvorov. M.: Him., 1976, 468 s. [IzmailovvP.A. Electrochemistry of solution. Moscow: Chem., 1976, 468 p. (In Russ.)] Краткий справочник физико- химических величин. Л.: Химия, ред. К.П. Мищенко, А.А. Равдель, 1987, 200 с. [A brief reference book of physical and chemical quantities. Leningrad: Chemistry, ed. K.P. Mishchenko, A.A. Ravdel, 1987, 200 p. (In Russ.)] Kratkiy spravochnik fiziko- himicheskih velichin. L.: Himiya, red. K.P. Mischenko, A.A. Ravdel', 1987, 200 s. [A brief reference book of physical and chemical quantities. Leningrad: Chemistry, ed. K.P. Mishchenko, A.A. Ravdel, 1987, 200 p. (In Russ.)] Желиговская Н.Н., Черняев И.И. Химия координационных соединений. М.: Высш. шк., 1966, 387 с. [Jeligovskaya N.N., Chernyaev I.I. Chemistry of coordinating substances. Moscow: Vysshaya shkola, 1966, 387 p. (In Russ.)] Zheligovskaya N.N., Chernyaev I.I. Himiya koordinacionnyh soedineniy. M.: Vyssh. shk., 1966, 387 s. [Jeligovskaya N.N., Chernyaev I.I. Chemistry of coordinating substances. Moscow: Vysshaya shkola, 1966, 387 p. (In Russ.)]