NĂNG LƯỢNG SINH HỌC P1

ENZIM TỔNG HỢP ATP
ATP SYNTHASE
Giáo viên hướng dẫn: TS. Võ Văn Toàn
Học viên: Thái Thị Khuyến
Cấu tạo của ATP Synthase
Các thành phần của enzim
Bao gồm 3 phần:
Phần đầu F1 dễ hòa tan vào nước và có thể tách khỏi màng dễ dàng
Phần F0 ghét nước nằm trên màng thực hiện vận chuyển hydro
Phần dải làm nhiệm vụ liên kết F1 vào F0
Mô hình lắp ghép các đơn vị của ATPsynthase
Chức năng của enzim
Tạo ra ATP từ ADP và photphat vô cơ
- ADP + Pi + Năng lượng từ sự vận chuyển ion → ATP H+ qua màng theo gradien
Cơ chế tổng hợp ATP
ADP3- + H3PO4- + 2H+ngoài→ ATP4- + H2O + 2H+trong
Một nguyên tử oxy của ADP tương tác với nguyên tử P của phot pho vô cơ (Pi) thành dạng trung gian hóa trị 5 và sau đó thành ATP và tách ra một phân tử nước
Sau khi tổng hợp ATP xong mới phân ly hai proton từ ATP và thải về phía trong màng.

Hoạt động của chuỗi vận chuyển điện tử đã bơm H+ vào màng trong. Những ion H+ tạo ra điện thế gây nên sự chênh lệch thế năng điện thế. Khi động cơ quay mỗi lần 1 góc 120o làm các tiểu phần của F1 tiếp xúc và tác động việc liên kết giữa ADP và Pi để tổng hợp ATP.
Trong thực tế các cuộc thí nghiệm phụ thuộc vào các túi. Khi 2 túi cùng đóng lại trong cấu trúc, cùng với chất oxi hóa (Aox) hình thành cấu trúc disunphit (R-S-S-R) tạo liên kết xystine giữa chúng. Liên kết có thể được bẻ gãy bởi sự thêm vào của các tác nhân khử.
A0x + 2 R-SH <==> AH2 + R-S-S-R
Thêm vào đó, F1 có thể đảo chiều ở các tiểu đơn vị mà không phá vỡ cấu trúc disulphide, vì vậy tiểu đơn vị b có thể được di chuyển và gắn vào sau đó.
Phương pháp tiếp cận hóa sinh
Trong những cuộc thí nghiệm này, một túi được đưa vào vị trí D380 của tiểu đơn vị β tại vị trí đột biến có định hướng (D380C)
1 túi được đưa vào tiểu đơn vịγ(C87S).
Giữa β và γ tạo nên cầu nối disunfit
Trước đây có ý kiến cho rằng sự hình thành nên cầu nối khử hoạt tính enzim. Và để chứng minh các cuộc thí nghiệm đã tiến hành bằng cách đánh dấu chất đồng vị 35S của F1-ATP-ase.
Phương pháp tiếp cận hóa sinh
DTNB được bổ sung như là 1 chất oxi hóa để hình thành liên kết –S-S-.
Trộn lẫn βD380C-F1 và γC87S-F1 với tỉ lệ 1:1 mol.
Giữa tiểu đơn vị β và γtạo thành cặp đôi liên kết g-S-S-b.
3. Sự trộn lẫn này đã bẻ gãy các cầu nối, các cầu nối đã biến đổi do sự cộng thêm các tác nhân oxi hóa.
Tiến hành các thí nghiệm đòi hỏi cần sự có mặt của ±ATP, Mg2+, v.v..
Phương pháp tiếp cận hóa sinh
Cấu tạo của cơ quan dẫn truyền proton
Cặp xoắn  của màng
Cấu trúc chưa quan sát trực tiếp
Cấu tạo của cơ quan dẫn truyền proton
Wolgang Junge đưa ra giả thuyết tiểu đơn vị a có 1 cổng cho sự đi vào của các proton từ P-phase (pha chủ động), và 1 cổng cho sự đi ra từ N-phase (pha thụ động).
Khi 1 proton đã xuyên qua từ P-phase, nó trung hòa axit còn dư ở chỗ xoắn ốc của tiểu đơn vị c. Tại vị trí trung hòa có thể tiểu đơn vị c xoay kết hợp với tiểu đơn vị a.
Sự luân chuyển này cho phép nó mất proton, và kết hợp với tiểu đơn vị a của phức hợp.
Kế tiếp có thêm 1 proton vào cho phép tiểu đơn vị c để xoay 1/n × 3600 cho mọi proton (n: hóa học lượng tử).
Proton chuyển động qua màng gây ra chuyển động quay
Proton xâm nhập vào nửa kênh cytosolic, trung hòa Asp
Asp vào nửa kênh matrix
Proton vào matrix, khôi phục hê thống
Con đường Proton xuyên qua màng
Nửa kênh
Cytosolic
Nửa kênh
Matrix
Để hoàn thành việc tổng hợp 1 ATP cần 3 vị trí xúc tác, 3 hoặc 4 H+ cho mỗi ATP.
DCCD (dicyclohexylcarbodiimide) được xem là 1 máy hoạt động như 1 đồng hóa trị “cộng hóa trị”.
Sự gắn kết với F0
Cpaldis tiến hành thí nghiệm theo vị trí của dư lượng cysteine để khám phá các láng giềng của subunits thông qua hình thành của các cầu nối disulphide.
Lưu ý: thân của enzim ATP phân thành 2 thân, một ở trung tâm, bao gồm tiểu phần ε vàγ, liên kết với phức hợp tiểu phần c, và ngoại biên khác.
Sự tiến hóa của F1 ATPase
Kết cấu của phức hợp men F1 F0
Walker và các đồng nghiệp mới đây đã phát hiện từ một cấu trúc tinh thể có chứa một ATP-synthase hoàn chỉnh phức tạp từ ty thể men (bia rượu).
Tóm tắt
ATP synthase là một động cơ quay phức tạp trong chuyển đổi năng lượng sinh học. F0 có 1 máy quay đốt nhiên liệu do sự vận động các proton.
ATP synthase ở ty thể men: 1 vòng có 10 tiểu đơn vị c. Mỗi tiểu đơn vị c có dạng xoắn hình chữ chi. Giữa vòng số 6 đến 7 của tiểu đơn vị c có sự tiếp xúc chặt chẽ với cuống trung tâm.
Mối liên hệ giữa vòng c và cuống cho thấy chúng có thể xoay như một thể thống nhất trong suốt quá trình xúc tác.
Một bất ngờ từ những công trình của Norbert Dencher và Andreas Engel người đã sử dụng kính hiển vi nguyên tử (AFM) để nghiên cứu cấu trúc của các tiểu đơn vị c-subunit từ lục lạp F0 (subunit-III). Ở đây đếm được tiểu đơn vị c trong vòng 1 là 14.
Tóm tắt
Chú giải
Subunit-III oligomers của ATP synthase trong lục lạp được nhìn thấy bằng cách sử dụng kính hiển vi nguyên tử, trong môi trường MgCl2 25 mM, 10mM Tris-HCl, độ pH 7.8 và ở nhiệt độ phòng.
Có 2 giả thuyết:
4. Số c-subunit trong mỗi vòng là không cố định, khác nhau trong hệ thống (như đã được tìm thấy bởi sự khác nhau từ lục lạp và ty thể).
5. Nó sẽ rất thú vị để mở rộng những vùng xa hơn. Các kết quả nghiên cứu gần đây nhất qua kính hiển vi nguyên tử bởi nhóm Engel`s phối hợp với Dimroth cho rằng ít nhất một loài vi khuẩn có một số trung gian c-subunit là 11 trong vòng F0 của Tartaricus Ilyobacter.