Chương 8 Sự ghép thẩm thấu và tổng hợp ATP

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 phosphoanhydride: liên kết "cao năng" ~ ~ 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 Sự chênh lệch pH giữa bên trong và bên ngoài màng Lực phát động proton Năng lượng Tổng hợp ATP Vận chuyển chủ động pH4 pH4 pH4 pH4 pH4 pH8 pH8 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 =  - 59 pH (8.3) j = °j + RTlnaj + zjFj (8.4) H+ = RTlnH+ +FH+ (8.5) H+= Hi+ - Ho+ (8.6) p= H+/F = -2,3 RT/F pHi-o + i-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