Đề tài Oxidative Phosphorylation

rừ khi có dòng proton chảy qua enzym. Vì vậy, vai trò của gradient proton không phải là để tạo thành ATP, nhưng để giải phóng nó từ quá trình tổng hợp.Hình 18.29. Hình thành ATP khi không có đđộng lực proton nhưng ATP không đđược giải phóng. Những thực nghiệm thay đổi đồng vị đã cho thấy ATP liên kết với enzym hình thành từ ADP và Pi khi thiếu động lực proton. QUÁ TRÌNH PHOSPHORYL HÓA OXY HÓAProton chuyển qua phức hệ ATP synthase gây nên sự phóng thích của ATP dạng liên kết chặt: cơ chế thay đổi cấu hình kết hợp 	Trên cơ sở này và những nghiên cứu khác, Paul Boyer đã đề xuất “Cơ chế thay đổi cấu hình kết hợp” đối với quá trình tổng hợp ATP nhờ động lực proton. Theo đề xuất này thì sự thay đổi đặc tính của ba tiểu phần β cho phép các quá trình sau diễn ra tuần tự và liên tục: ADP và Pi kết hợp lại với nhau  tổng hợp ATP  phóng thích ATP. Những nhận định ban đầu này cùng những thành tựu gần đây của ngành tinh thể học và cùng các thành tựu khác đã làm sáng tỏ hơn cơ chế tổng hợp ATP. Như trên đã đề cập, sự tương tác với các tiểu phần γ làm cho ba tiểu phần β trở nên mất tương đồng (Hình 18.30). Hình 18.30. Tiểu phần γ được bố trí ở vùng trung tâm hexamer α3β3 làm cho trạng thái liên kết với các nucleotit trong các tiểu phần β khác biệt nhau.QUÁ TRÌNH PHOSPHORYL HÓA OXY HÓAProton chuyển qua phức hệ ATP synthase gây nên sự phóng thích của ATP dạng liên kết chặt: cơ chế thay đổi cấu hình kết hợp 	Một tiểu phần β có thể ở dạng T, dạng cấu hình kết hợp chặt chẽ . Cấu hình này liên kết với ATP nhờ ái lực lớn. Thật vậy, lực này cao đến nỗi nó sẽ liên kết ADP và Pi thành ATP với hệ số cân bằng gần 1, giống như các thí nghiệm thay đổi đồng vị trước kia. Tuy nhiên, cấu hình tiểu phần này không cho phép nó giải phóng ATP.Hình 18.30. Tiểu phần γ đđược bố trí ở vùng trung tâm hexamer α3β3 làm cho trạng thái liên kết với các nucleotit trong các tiểu phần β khác biệt nhau.QUÁ TRÌNH PHOSPHORYL HÓA OXY HÓAProton chuyển qua phức hệ ATP synthase gây nên sự phóng thích của ATP dạng liên kết chặt: cơ chế thay đổi cấu hình kết hợp Tiểu phần thứ hai tiếp theo ở dạng L, hoặc dạng cấu hình kết hợp lỏng lẻo. Cấu hình dạng này liên kết ADP và Pi. Cấu hình này cũng không thể phóng thích các ATP. Tiểu phần cuối cùng ở dạng O, hoặc cấu hình dạng mở. Cấu hình dạng này cũng liên kết với ATP như trong cấu hình dạng L và dạng T, nhưng nó cũng có thể chuyển đổi thành dạng cấu hình cởi mở hơn và phóng thích ATP (Hình 18.31). Với đặc điểm cấu trúc này, một trong ba tiểu phần β ở trạng thái mở, không liên kết với nucleotit hầu như là một với một trong những tiểu phần βâ ở dạng cấu hình O liên kết với nucleotit, đã được quan sát thấy ở dạng tinh thể. Hình 18.31. ATP đđược giải phóng khỏi tiểu phần β ở dạng cấu hình mở .Không giống như dạng liên kết chặt và dạng lỏng lẻo, tiểu phần β ở dạng mở có khả năng thay đđổi cấu hình đđể phóng thích các nucleotides kết hợp QUÁ TRÌNH PHOSPHORYL HÓA OXY HÓAProton chuyển qua phức hệ ATP synthase gây nên sự phóng thích của ATP dạng liên kết chặt: cơ chế thay đổi cấu hình kết hợp Sự chuyển đổi qua lại giữa 3 dạng cấu hình này có thể được điều khiển bởi sự quay vòng của tiểu phần γ (Hình 18.32). Hình 18.32. Tổng hợp ATP theo cơ chế thay đổi cấu hình kết hợp. Sự xoay vòng của tiểu phần γ gây nên sự hoán chuyển cấu hình của các tiểu phần β . Khi tiểu phần β ở cấu hình dạng T ( dạng kết hợp chặt ) chứa các ATP mới được tổng hợp nhưng không thể giải phóng ATP được, từ cấu hình dạng T sẽ chuyển sang dạng O ( dạng mở ). Ở dạng này ATP được giải phóng sau đó lại kết hợp ADP và Pi để bắt đầu 1 chu kỳ mới.QUÁ TRÌNH PHOSPHORYL HÓA OXY HÓAProton chuyển qua phức hệ ATP synthase gây nên sự phóng thích của ATP dạng liên kết chặt: cơ chế thay đổi cấu hình kết hợp Giả thuyết đưa ra là tiểu phần γ xoay 1200 theo hướng ngược chiều kim đồng hồ. Sự xoay vòng này sẽ chuyển tiểu phần βâ từ cấu hình dạng T sang dạng O là dạng cấu hình có thể cho các ATP đã được tổng hợp phóng thích ra ngoài. Tiểu phần β ở cấu hình dạng L sẽ chuyển sang cấu hình dạng T, cho phép sự kết hợp ADP và Pi thành ATP. Cuối cùng, cấu hình dạng O sẽ chuyển thành cấu hình dạng L, giữ ADP và Pi để chúngï không thể thoát ra. Sự kết hợp ADP và Pi bây giờ chỉ ở trong cấu hình dạng O để hoàn thành chu kỳ. Cơ chế này cho thấy rằng ATP có thể được tổng hợp nhờ chuyển động xoay của tiểu phần γ theo hướng phù hợp. Tương tự như vậy, cơ chế này cho thấy quá trình thủy phân ATP bởi enzyme thúc đẩy sự chuyển động xoay của tiểu phần γ theo hướng ngược lại. Hình 18.32. Tổng hợp ATP theo cơ chế thay đổi cấu hình kết hợp. Sự xoay vòng của tiểu phần γ gây nên sự hoán chuyển cấu hình của các tiểu phần β . Khi tiểu phần β ở cấu hình dạng T ( dạng kết hợp chặt ) chứa các ATP mới được tổng hợp nhưng không thể giải phóng ATP được, từ cấu hình dạng T sẽ chuyển sang dạng O ( dạng cởi mở ). Ở dạng này ATP được giải phóng sau đó lại kết hợp ADP và Pi để bắt đầu 1 chu kỳ mới.QUÁ TRÌNH PHOSPHORYL HÓA OXY HÓAProton chuyển qua phức hệ ATP synthase gây nên sự phóng thích của ATP dạng liên kết chặt: cơ chế thay đổi cấu hình kết hợp ATP SynthaseThe 1997 Nobel Prize for ChemistryEnzymatic mechanismof ATP synthesisStructure of ATP Synthase7/30/99“Cho sự giải thích của họ về cơ chế enzym của quá trình tổng hợp ATP” “For their elucidation of the enzymatic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate (ATP)" Paul D. BoyerJohn E. WalkerATP synthaseVị trí của Enzyme?Đây là enzyme màng Tìm thấy ở :Màng plasma tế bào vi khuẩnMàng thylacoid của lục lạp Màng bên trong ty thể của tế bào cĩ nhân thậtCấu tạo của ATP SynthaseGồm cĩ hai phần F0 và F1ATPsynthase được cấu tạo gồm 2 phần F0 và F1- Phần đầu F1 là phần ưa nước nhơ ra từ màng nằm trong cơ chất, chứa đựng các phân tử xúc tác, thực hiện sự tổng hợp và thuỷ phân ATP. Bao gồm 3 chuỗi α xen kẽ nhau và các tiểu phần ß.- Phần dải làm nhiệm vụ liên kết F1 vào Fo. - F0 là một kênh proton, kéo dài hết độ dày của màng, là thành phần ghét nước nằm ở trên màng. Thực hiện sự vận chuyển proton.F0F1 ATP SynthaseSơ đồ cấu tạo chi tiết của ATP synthase subunitc ring subunit subunit subunit- Phần chuyển động (rotor) là vịng C và phần cịn lại ,  là đứng yên (stator).- Cột bên ngồi cĩ 1 tiểu phần a, 2 tiểu phần b và tiểu phần . - F0 gồm vịng kênh proton cĩ 10 đến 14 tiểu phần.-  và  là loại P vịng. - Phần F1 cĩ 5 loại chuỗi polypeptide ( 3, 3, , , ), xuất hiện trong hoạt động của ATP synthase.Cấu tạo của cơ quan dẫn truyền protonCặp xoắn  của màng Cấu trúc chưa quan sát trực tiếp Proton xâm nhập vào Proton đi ra Chức năng của ATP synthase	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 gĩc 120o làm các tiểu phần của F1 tiếp xúc và tác động việc liên kết giữa ADP và Pi để tổng hợp ATP.	Tổng hợp ATP từ ADP và Pi. Đầu tiên là do cĩ gradien ion HydroIon Hydro (Protons ) được vận chuyển về một phía của màng Sau đĩ protons được di chuyển trong kênh của động cơ enzyme bằng các tiểu phần protein quayVAI TRÒ CỦA ATP SYNTHASE- Tạo ra ATP từ ADP và photphat vô cơ (Pi)- ADP + Pi + Năng lượng từ sự vận chuyển ion Hydro qua màng theo gradient ATPCân bằng chung là:ADP3- + HPO42- + H+ + nH+ màng ngoài (+ charge)     ATP4- + H2O + nH+ màng trong (- charge) Cơ chế tổng hợp ATP dựa trên quá trình photphorin hĩa oxi hĩa ở màng trong của ty thể. Được xúc tác bởi enzim ATP synthase dựa trên cơ chế chênh lệch gradien nồng độ giữa màng trong của ty thể và mơi trường bên ngồi ty thể.Dựa trên động cơ quay của F0, F1. CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYM ATP SYNTHASEATP synthase subunitc ring subunit subunit subunitPhầnF1 cĩ 5 loại chuỗi polypeptide( 3, 3, , , ), xuất hiện trong hoạt động củaATPase &  are members of P-loop familyF0 gồm vịng kênh proton cĩ 10-14 tiểu phần ‘a’ subunit gắn ở bênNgồi vịng Cột bên ngồi cĩ1 a subunit, 2 b subunits, và  subunitPhần chuyển động (rotor) là vịng Cvà phần cịn lại  là đứng yên (stator)Enzym ATP synthases của lục lạp và vi khuẩn quang hợp tương tự như ATP synthases của ty thể và vi khuẩn khơng quang hợp.MitochondrionChloroplastE. coliinner membranematrixATP synthaseinter-membrane spacethylakoid membranelumenstromaATP synthase“Động cơ” quay mỗi lần 120° Do các tiểu phần của F1 tiếp xúc và tác động Cấu trúc thay đổi thuận lợi cho sự liên kết giữa ADP và Pi để tạo ra ATPMỗi tiểu phần diễn ra theo 3 giai đoạn Gđ 1 : Giải phĩng ATPGđ 2 : ( mở ) – ADP và phân tử Pi xâm nhập vào tiểu phần Gđ 3 : ( đĩng ) – Tiểu phần tiếp xúc để tạo liên kết phân tử và tạo ra ATP Con đường Proton xuyên qua màng Nửa kênh CytosolicNửa kênh MatrixF0 is a H+ channel, F1 is catalytic Enzym tổng hợp ATP là động cơ quay nhỏ nhất thế giới, Tổng hợp ATP Trong tế bào, 3 H+ tương đương 1 ATP.2 e- from NADH  10 H+ pumped  3 ATP2 e- from FADH2  6 H+ pumped  2 ATPEnzym ATP synthase cĩ thể hoạt động theo chiều hướng khác :Chiều hướng ngược lại hoạt động như bơm protonChiều hướng hoạt động theo tỷ lệ nồng độ ATP và ADPATP synthase là bơm proton làm việc theo kiểu hai chiều Số liệu đáng lưu ý về ATP synthaseBao gồm 22722 nguyên tử 23211 liên kết để kết nối 2987 nhĩm amino acid 120 chuỗi helix và 94 tấm (sheet units )Tạo ra khoảng 100 kg ATP mỗi ngày ( ở người)Là một loại enzym xuất hiện sớm nhất trước các enzyme quang hợp và hơ hấp Động cơ quay nhỏ nhất được biết ( chỉ được quan sát dưới KHV điện tử )CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI. CẢM ƠN, CHÚC SỨC KHỎE