Sự ghép thẩm thấu và tổng hợp ATP

Nội dung:  Khía cạnh hóa học của ATP và liên kết phosphoanhydride  Lịch sử về việc khám phá sự tổng hợp ATP  Sự trình bày định lượng của lực phát động proton  Danh pháp và vị trí của

Chương 8

Sự ghép thẩm thấu

và tổng hợp ATP

Nội dung:

 Khía cạnh hóa học của ATP và liên kết

phosphoanhydride

 Lịch sử về việc khám phá sự tổng hợp ATP

 Sự trình bày định lượng của lực phát động proton

 Danh pháp và vị trí của ATP synthase

 Cấu trúc của ATP synthase

 Cơ chế hoạt động của enzym ATP synthase

Khía cạnh hóa học của ATP và liên kết

phosphoanhydride

 Nucleotide:

 Base Adenine

 Đường Ribose

 ba gốc phosphat

 Adenosine diphosphate (ADP)

 Adenosine monophosphate (AMP)

 Liên kết

~ ~

 ATP4- + H2O  ADP3- + HPO42- + H+

 ΔG = ΔG° + RT ln([ADP][Pi]/[ATP])

 tại 298K và pH=7: ΔG=-52 kJ mol-1

 phản ứng tự phát

 Năng lượng tự do cần thiết cho sự tổng hợp của ATP là 52 kJ mol-1

Lịch sử về việc khám phá sự tổng hợp ATP

 1929, ATP được cô lập từ mô cơ

 1940, Fritz Lipmann: ATP là tiền tệ năng lượng phổ thông trong tế bào

 1948, Lehninger Albert và Kennedy Eugene: ti thể là nơi diễn ra sự phosphoryl oxi hoá

 1950, Daniel Arnon và cộng sự khám phá sự quang phosphoryl hóa

Đường phân và ATP

 Glycolysis sản xuất ATP bằng quá trình

phosphoryl hóa chất nền

 ATP được tạo thành bởi một loại enzyme hòa tan tác động lên một loạt các hóa chất trong tế bào

chất

Đường phân

 Tìm hiểu cơ chế tạo ATP trong lục lạp lẫn ti thể

 Cô lập chất trung gian được phosphoryl hóa

 không thành công

 1961, Peter Mitchell đề xuất cơ chế phosphoryl hóa: năng lượng tự do được chuyển thành liên kết

phosphoanhydride cao năng trong ATP

Giả thuyết hóa thẩm thấu của Mitchell

 Chất mang điện tử sắp xếp theo dạng vector trong màng

Chất mang điện tử

Chất mang điện

tử tiếp theo Electron

Một bên màng tế bào

Bên kia màng tế bào

Proton

Lực phát động proton

Năng lượng

Tổng hợp ATP

Vận

chuyển

chủ

động

Môi trường

đệm

Màng

Thylakoid

(pH8)

Làm cân bằng

Thylakoid

đã được truyền

Thêm ADP + Pi

ADP + Pi ATP

1966, thí nghiệm của André Jagendorf

Sự trình bày định lượng lực phát động proton

 Năng lượng có sẵn cho tổng số ATP tổng hợp: lực phát động proton (Δp) = điện thế hóa học proton + điện thế màng vận chuyển

 ∆p = ∆Ψ - 59 ∆pH (8.3)

 µj = µ°j + RTlnaj + zjFψj (8.4)

 µH+ = RTln[H+] +FψH+ (8.5)

 ∆µH+= µHi+ - µHo+ (8.6)

 ∆p= ∆µH+/F = -2,3 RT/F ∆pHi-o + ∆ψi-o

 Thí nghiệm chứng minh:

2 thành phần của lực phát động proton được hoán đổi nhiệt động lực cho nhau

 ΔEm lớn, ΔpH lớn, hoặc trung gian của cả hai đều có hiệu quả trong việc hình thành ATP

Danh pháp và vị trí của ATP synthase

 ATP synthase: phức hệ multisubunit lớn, gồm hai tiểu phần: F1 và Fo (“o”: độ nhạy oligomycin)

 Enzyme lục lạp là CF1 và CFo

 Phần CFo nằm trong màng tế bào,

 Phần CF1 nhô ra ở một phía của màng tế bào

 Trong vi khuẩn quang hợp tía, enzym nằm trong bào tương, với phần F1 bám vào tế bào chất

Cấu tạo của ATP synthase

 F1: phần ưa nước, nhô

ra từ màng nằm trong cơ

chất, chứa các phân tử

xúc tác, thực hiện sự

tổng hợp và thủy phân

ATP

 3 chuỗi α xen kẽ với các

tiểu phần β

 Phần dãy γ làm nhiệm

vụ liên kết F1 và Fo

 Fo: kênh vận chuyển proton, phần kị nước nằm trên màng, thực hiện sự vận chuyển proton

 Rotor: vòng c

 Stator: γ và ε

 F1 có 5 chuỗi polypeptide (α3, β3, γ,

δ, ε ) tham gia vào hoạt động của ATP synthase

Cơ chế hoạt động của enzym ATP synthase

 Cơ chế tổng hợp ATP: quá trình phosphoryl oxi hóa ở màng trong ty thể

 xúc tác bởi enzim ATP synthase dựa trên sự chênh lệch

gradien nồng độ

 Dựa trên động cơ quay của Fo, F1.

 ATP synthase là bơm proton hoạt động theo 2 chiều khác nhau

 Hoạt động theo chiều bơm proton

 Hoạt dộng theo tỷ lệ nồng độ giữa ATP và ADP

 ATP synthase có 3 tiểu phần hoạt động chịu sự thay đổi trong

ái lực liên kết đối với chất tham gia của phản ứng ATPase,

ATP, ADP và phosphat

 “Động cơ” quay mỗi lần 120°

 Mỗi tiểu phần diễn ra theo 3 giai đoạn

 Gđ 1 : Giải phóng ATP

 Gđ 2 : (mở) – ADP và phân tử Pi xâm nhập vào tiểu phần

 Gđ 3 : (đóng) – Tiểu phần tiếp xúc để tạo liên kết phân tử

và tạo ra ATP