Nang luong sinh hoc 2012 p1

NĂNG LƯỢNG SINH HỌC
GIẢNG VIÊN: VÕ VĂN TOÀN
HỌC VIÊN: ĐẶNG THỊ THẨM
SỬ DỤNG ATP
TRONG TỔNG HỢP PRÔTÊIN
Chức năng sinh học của ATP:


Như chúng ta biết, ATP là hợp chất giàu năng lượng tồn tại trong cơ thể sống. Nếu so với những hợp chất cao năng khác, những hợp chất chứa năng lượng khác trong cơ thể sống thì ATP có mức dự trữ năng lượng cao hơn nhiều.
Tế bào sử dụng ATP làm nguồn năng lượng để vận chuyển tích cực các phân tử vật chất qua màng sinh chất, để dẫn truyền các xung thần kinh, để co cơ, để tổng hợp các hợp chất cao phân tử phức tạp, vận chuyển ion, các quá trình hấp phụ và phản hấp phụ khác nhau, cũng như để dùng cho nhiều quá trình khác nhau.
ATP có tác dụng lên đa số các phản ứng trao đổi chất, đặc biệt ATP là chất mang phosphate và năng lượng trong chuỗi hô hấp và đường phân; nó có vai trò hoạt hoá acid amin, hoạt hoá acid béo…đối với các quá trình phân giải và tổng hợp những chất này.
Sơ đồ tóm tắt chức năng sinh học của ATP
2. Sử dụng ATP trong tổng hợp protein:
2.1. Sinh tổng hợp axit amin:
Axit amin là các cấu tử không thể thiếu trong quá trình sinh tổng hợp protein. Mối quan hệ này có thể được tóm tắt theo sơ đồ sau:
Protein
Peptit
Axit amin
Các axit amin đều được cấu thành từ các nguyên tố C, H, O, N. Một số axit amin còn chứa lưu huỳnh và có công thức cấu tạo như sau:
R
CH
COOH
NH2
R
CH
COOH
NH3
+
- Quá trình tổng hợp axit amin là cần thiết đối với mọi dạng sống.
- Khả năng tổng hợp các axit amin phụ thuộc vào dạng niơ mà cơ thể sử dụng.
Một cách chung nhất, muốn tổng hợp axit amin thì cần tổng hợp bộ khung carbon và chuyển hóa nitơ thành axit amin.

+ Bộ khung carbon của axit amin chủ yếu bắt nguồn từ các sản phẩm trung gian của các quá trình trao đổi chất (đường phân, chu trình Canvil, Crebs,…)
+ Quá trình cố định nitơ trong tự nhiên có thể diễn ra theo phương trình sau:
N2 + 6e-- + 12 ATP + 12 H2O  NH4+ + 12 ADP + 12 P + 4 H+
2.2. ATP và tổng hợp protein:
Tổng hợp Protein theo hai con đường, con đường phổ biến nhất ở tất cả các tế bào là tổng hợp protein theo thuyết khuôn , nó đã được chứng minh bởi thuyết trung tâm. Con đường thứ 2 là tổng hợp protein không cân khuôn mẫu ADN , chủ yếu để tổng hợp các peptit có trọng lượng phân tử dưới 1000.
2.2.1. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:
Theo quan điểm hiện đại, quá trình sinh tổng hợp protein được trình bày theo thuyết khuôn, và trải qua nhiều bước và đồng thời có sự tham gia của ATP.
Trong sinh tổng hợp protein, vấn đề đầu tiên cần phải quan tâm tới là chức năng vận chuyển của ARN vận chuyển tham gia trong quá trình vận chuyển axit amin. Dưới tác dụng của ATP, axit amin đã kết hợp với axit adenylic thành phức hợp amin-adenylat.

R
COOH
+
A- Ri -P
R
+
Người ta cho rằng, quá trình này đầu tiên ATP gắn vào enzym đặc hiệu của từng axit amin, kết quả làm biến đổi liên kết giữa nhóm pyrophotphat và phần còn lại của ATP. Sau đó ATP tác dụng với axit amin và có sự tham gia của ion Mg2+. Do đó, phản ứng hoạt hóa axit amin có thể biểu diễn bằng quá trình sau:
E + ATP
E-ATP
E-ATP + Aa
E
ATP
Aa
E
ATP
Aa
Adenyl hóa Aa
E
AMP
Aa
ARNvc có nhiệm vụ vận chuyển axit amin đã hoạt hóa đến riboxom để tiến hành các bước tiếp theo của quá trình sinh tổng hợp protein.
Người ta cũng chứng minh, trong quá trình hoạt hóa axit amin thì không thể thay thế ATP bằng các tri- hay diphotphat khác; đồng thời thấy rằng dATP lại có tác dụng kìm hãm phản ứng hoạt hóa.
Bằng con đường tương tự, hầu hết các axit amin đều được hoạt hóa và vạn chuyển đến các ARNvc tương ứng của chúng và dẫn đến tổng hợp liên kết peptit của protein.
Chúng ta biết rằng trong thiên nhiên có khoảng 20 axit amin thường gặp trong protein. Mỗi axit amin có thể có một hoặc vài ARNvc có khả năng hoạt hóa axit amin tạo phức chất gắn ghép vào các bộ ba mã hóa (triplet) khác nhau của ARNtt trong ribosom.
Mặt khác, mỗi phân tử protein có tới vài chục đến hàng nghìn axit amin. Do đó, số năng lượng dùng dể hoạt hóa tất cả axit amin của quá trình tổng hợp một phân tử protein nào đó phải lên tới hàng trăm, hàng nghìn phân tử ATP
Sau khi kết thúc quá trình tổng hợp chuỗi polypeptit ở ribosom, ATP cùng với calcium và magiesium giữ vai trò ổn định hoạt tính enzym và có thể cung cấp năng lượng để có thể phá vỡ liên kết phosphoamid giữa protein và ribosom, giải phóng chuỗi polypeptit.
2.2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:
Các enzyme phân giải protein,trong những điều kiện nhất định có thể xúc tác tổng hợp protein không cần khuôn mẫu AND. Con đường này chủ yếu tổng hợp các peptit có trọng lượng phân tử dưới 1000 và người ta thường gọi quá trình này là quá trình peptit hóa.
Nhưng người ta cũng còn thấy ở ty thể gan chuột có quá trình peptit hóa từ các axit amin tự do, trong đó có các enzyme xúc tác để móc nối các axit amin N- đầu cùng hay C- tận cùng của một peptit nào đó có ATP tham gia, như: gắn arginin, glutamic, methionin, tryptophan và leucin. Nhưng có một số axit amin gắn không cần cả ATP như: alanin, cystein và glycin.
Trong quá trình nghiên cứu sinh tổng hợp các peptit chuỗi ngắn, người ta thấy chúng có thể diễn ra theo con đường khác với tổng hợp protein là ở chỗ chúng không có axit nucleic tham gia.
Ví dụ tổng hợp chất kháng sinh Gramicidin S là một deca peptit ở Bacillus xảy ra khác với quá trình tổng hợp protein theo thuyết khuôn ở trên. Quá trình này phụ thuộc vào ATP và nồng độ phosphat cao (khoảng 400 mM)
Trong quá trình tổng hợp thì các axit amin cũng được hoạt hóa bằng các enzyme xúc tác, nhưng những enzyme này không giống với synthetase của con đường sinh tổng hợp protein thông thường.Khi hoạt hóa các axit amin ở trạng thái kích thích dưới dạng liên kết aminoacyladeninlat giàu năng lượng, nên có thể dễ dàng tham gia phản ứng để tạo thành peptit. Ví dụ:
Ornithin + ATP
Ornithin
AMP
+
Từng axit amin được hoạt hóa tương tự rồi mới tạo thành peptit. Cơ chế tổng hợp này cho đến nay người ta đã ứng dụng để tổng hợp nhiều peptit chuỗi ngắn, trong đó có các chất kháng sinh như: Gramicidin S, Tyroxin, Bacitracin…