Tiểu luận Cơ chế hoạt động của phức hệ ATP synthase

TIỂU LUẬN NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Đề tài:CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA PHỨC HỆ ATP SYNTHASE 	Giảng viên hướng dẫn : TS. Võ Văn Toàn Học viên 	 : Mai Duy Thức Lớp 	 : Cao học sinh K11 ATP synthase là động cơ phân tử nhỏ nhất thế giới hoạt động xúc tác theo cơ chế quay vòng. - Phần chuyển động (rotor) gồm có vòng c và cuống γεPhía khoảng gian màngPhía cơ chất ty thể- Phần đứng yên (stator) gồm phần còn lại của phức hệ enzym: thể sáu (hexamer) 33 và cột ngoài gồm 1 tiểu phần a, 2 tiểu phần b và 1 tiểu phần . - H/động xúc tác tổng hợp hay thủy phân ATP xảy ra tại tiểu phần ATP synthase là bơm proton làm việc theo kiểu hai chiều Thủy phân ATPTổng hợp ATPCơ chất ty thểKhoảng gian màngMàng trong- Hoạt động của phức hệ ATP synthase theo cơ chế quay vòng của phần rotor được thúc đẩy bởi dòng proton đi qua phức hệ.- Dòng proton chảy qua phức hệ F0 thúc đẩy sự xoay vòng của tiểu phần γ như thế nào? - Howard Berg và George Oster đề xuất cơ chế quay rotor nhờ động lực proton qua phức hệ phụ thuộc vào cấu trúc của tiểu phần a và c của phức hệ F0 -Tiểu phần c : 1 polypeptide tạo cặp xoắn α bố trí theo chiều dày của màng. Một phân tử axit aspartic (Asp 61) ở phần giữa của chuỗi xoắn thứ hai. Khi Asp 61 liên kết với phần kị nước của màng, Asp 61 phải ở dạng axit aspartic trung tính, thay vì ở dạng tích điện, dạng aspartate. Các tiểu phần c xếp thành vòng đối xứng theo chiều dày màng - Tiểu phần a : gồm hai nửa kênh proton không xuyên hết chiều dày của màng  các proton có thể chạy vào một trong 2 kênh này, nhưng không thể di chuyển hoàn toàn qua màng. Tiểu phần a giáp vòng trực tiếp vào các tiểu phần c trong đó mỗi nửa kênh tương tác trực tiếp với một tiểu phần c. Tiểu phần cNửa kênh phía TBCTiểu phần aNửa kênh phía cơ chấtAsp 61 của 2 tiểu phần c được tiếp xúc với nửa kênh phía cơ chất đã nhường proton để trở thành dạng aspartateAsp 61 ở dạng aspartate, vòng c không quayH+ vào nửa kênh phía TBC, chuyển aspartatethành asparticVòng c quay theo chiều kim đồng hồAcid aspartic tách H+ vào cơ chất và chuyển thành aspartateKhôi phục trạng thái ban đầu Asp 61 từ vị trí tiếp xúc với màng sang tiếp xúc với nửa kênh phía cơ chất của tiểu phần aPhía khoảng gian màngNửa kênh phía TBCNửa kênh phía cơ chấtPhía cơ chất ty thểH+ từ khoảng gian màng vào nửa kênh phía TBC (proton hóa aspartate thành aspartic), theo sự quay của vòng c sang nửa kênh phía cơ chất rồi tách ra và chuyển vào cơ chất (chuyển aspartic thành aspartate)Vòng cTiểu phần a-Vòng c được liên kết chặt chẽ với các tiểu phần γ và  → khi vòng c quay → các tiểu phần này cũng được quay trong thể sáu (hexamer) α33 của F1. Cột bên ngoài của phức hệ ATP synthase được tạo thành bởi hai chuỗi polypeptid b và tiểu phần  có tác dụng ngăn ngăn không cho thể sáu α33 xoay vòng. - Như vậy, gradient proton thúc đẩy tiểu phần γ quay vòng, từ đó xúc tiến sự tổng hợp ATP thông qua cơ chế thay đổi cấu hình liên kết.- Số lượng tiểu phần c trong vòng c khoảng từ 10 đến 14. Số liệu này sẽ xác định số proton được vận chuyển để tạo thành một phân tử ATP. - Mỗi vòng quay 360o của tiểu phần γ dẫn đến sự tổng hợp và giải phóng 3 phân tử ATP. Vì vậy, nếu vòng c có 10 tiểu phần mỗi ATP được tạo ra đòi hỏi sự vận chuyển của 10/3 = 3,33 proton.- Đơn giản hóa, xem như 3 proton di chuyển vào cơ chất ty thể để hình thành một ATP.Quan sát chuyển động quay của ATPaseTấm thủy tinh được phủ lớp ion niken có tác dụng cố định thể sáu (hexamer) α33 Tơ actin gắn với tiểu phần γ có khả năng phát huỳnh quangQuay ngược chiều kim đồng hồ trong quá trình thủy phân ATPĐuôi polyhistine có ái lực cao với ion niken- Những phân tích chi tiết hơn đối với sự hiện diện của ATP ở nồng độ thấp cho thấy tiểu phần γ cứ quay 120o ứng với sự thủy phân một phân tử ATP. Như vậy quá trình giải phóng năng lượng bởi sự thủy phân ATP sẽ được chuyển thành chuyển động xoay vòng của tiểu phần γ . - Sau đây là đoạn phim mô tả cơ chế tổng hợp, thủy phân ATP và bằng chứng về sự quay vòng của tiểu phần γ