nang luong sinh hoc

Đề tài :
Cấu tạo và cơ chế hoạt động của
Enzyn ATP Synthase
Giảng viên : TS. Võ Văn Toàn
Học viên : Nguyễn Thị Mân
Lớp : Cao học sinh K10
NĂNG LƯỢNG SINH HỌC

Sơ lược về tổng hợp ATP
•
ATP (adenosine triphosphate) – là phân tử chứa
năng lượng của tế bào, cung cấp cho nhiều
phản ứng sinh hóa như sự co cơ, quá trình sinh
tổng hợp DNA và protein, …
•
ATP Synthase- là enzyme xúc tác cho quá trình
tổng hợp ATP
/>
•
Chu trình năng lượng từ tất cả các cơ thể
sống đều tập trung vào phân tử trung tâm
là ATP. Năng lượng thu được từ quang
hợp hoặc tỏa ra từ hô hấp đều được
chuyển đổi thành ATP để duy trì các hoạt
động của tế bào, tạo ra tế bào và duy trì
các hoạt động sống khác.
•
ATP được tạo ra thường xuyên và xem là
đồng tiền năng lượng của tế bào. Enzym
đảm nhiệm quá trình tổng hợp ATP gọi là

ATP synthase .

ATP Synthase
ATP Synthase
The 1997 Nobel Prize for Chemistry
The 1997 Nobel Prize for Chemistry
Enzymatic mechanism
of ATP synthesis
Structure of
ATP Synthase
7/30/99
“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. Boyer John E. Walker

ATP synthase

Vị trí của Enzyme?
•
Đây là enzyme màng
•
Tìm thấy ở :
–
Màng plasma tế bào vi
khuẩn
–
Màng thylacoid của lục lạp
–

Màng bên trong ty thể của
tế bào có nhân thật

Cấu tạo của ATP Synthase
•
Gồm có hai phần F
0
và F
1

ATPsynthase được cấu tạo gồm 2 phần F
0
và F
1
- Phần đầu F
1
là phần ưa nước nhô 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 F
1
vào Fo.
- F
0
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.

F

0
F
1
ATP Synthase

Mô hình lắp ghép các đơn vị của ATPsynthase

Sơ đồ cấu tạo chi tiết của ATP synthase
γ subunit
c ring subunit
α subunit
β subunit
- Phần chuyển động (rotor) là vòng
C và phần còn lại γ, ε là đứng yên
(stator).
- Cột bên ngoài có 1 tiểu phần a, 2
tiểu phần b và tiểu phần δ.
- F
0
gồm vòng kênh proton có 10
đến 14 tiểu phần.
- α và β là loại P vòng.
- Phần F
1
có 5 loại chuỗi
polypeptide ( α
3
, β
3
, γ, δ, ε), xuất

hiện trong hoạt động của ATP
synthase.

C u t o c a c quan d n truy n protonấ ạ ủ ơ ẫ ề
C p xo n ặ ắ α c a màng ủ
C u trúc ch a quan sát tr c ti p ấ ư ự ế

Subunit a
Proton xâm nh p vào ậ
Proton i ra đ

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 chêch
lệch thế năng điện thế.
Khi động cơ quay mỗi
lần 1 góc 120
o

làm các
tiểu phần của F
1
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 có gradien
ion Hydro
–
Ion Hydro (Protons ) được
vận chuyển về một phía của
màng
•
Sau đó protons được di
chuyển trong kênh của
động cơ enzyme bằng các
tiểu phần protein quay

Vai trò của ATP synthase?
•
Tạo ra ATP từ ADP and và photphat vô cơ
(P
i
)
•
ADP + P
i
+ ATP

Cân bằng chung là :
•
ADP
3-
+ HPO
4
2-
+ H
+
+ nH
+
màng ngoài
(+ charge)

ATP
4-
+ H
2
O + nH
+
màng trong
(- charge)

Năng lượng từ sự vận chuyển ion
Năng lượng từ sự vận chuyển ion
Hydro qua màng theo gradient
Hydro qua màng theo gradient

•
Cơ chế tổng hợp ATP dựa trên quá trình

photphorin hóa oxi hóa 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 môi trường bên ngoài ty thể.
•
Dựa trên động cơ quay của F
0
, F
1.

CƠ CHẾ HoẠT ĐỘNG CỦA
ENZYM ATP SYNTHASE

ATP synthase
γ subunit
c ring subunit
α subunit β subunit
Ph nFầ
1
có 5 lo i chu i ạ ỗ
polypeptide( α
3
, β
3
, γ, δ, ε),
xu t hi n trong ho t ng ấ ệ ạ độ
c aATPaseủ
α & β are members of
P-loop family

F
0
g m vòng kênh proton có ồ
10-14 ti u ph nể ầ
‘a’ subunit g n bênắ ở
Ngoài vòng
C t bên ngoài cóộ
1 a subunit,
2 b subunits, và
δ subunit
Ph n chuy n ng (rotor) là vòng Cầ ể độ
và ph n còn l i ầ ạ γε là ng yên đứ (stator)

Enzym ATP synthases của lục lạp và vi khuẩn quang hợp tương tự
như ATP synthases của ty thể và vi khuẩn không quang hợp.
Mitochondrion
Chloroplast
E. coli
inner
membrane
matrix
ATP
synthase
inter-membrane
space
thylakoid
membrane
lumen
stroma
ATP

synthase

•
“Động cơ” quay mỗi lần 120°
–
Do các tiểu phần của F
1
tiếp
xúc và tác động Cấu trúc thay
đổi thuận lợi cho sự liên kết
giữa ADP và P
i
để tạo ra ATP
–
Mỗi tiểu phần diễn ra theo 3
giai đoạn
•
Gđ 1 : Giải phóng ATP
•
Gđ 2 : ( mở ) – ADP và phân tử
P
i
xâm nhập vào tiểu phần
•
Gđ 3 : ( đóng ) – Tiểu phần tiếp
xúc để tạo liên kết phân tử và tạo
ra ATP

Proton chuy n ng qua màng gây ra chuy n ng quayể độ ể độ
Proton xâm nh p vào n a kênh cytosolic, trung hòa Aspậ ử

Asp vào n a kênh matrix ử
Proton vào matrix, khôi ph c hê th ngụ ố

Con ng Proton xuyên qua màngđườ
N a kênh ử
Cytosolic
N a kênh ử
Matrix

Nh ng b ng chuy n ty thữ ă ề ể

Hai thành phần của
động lực chuyển động proton (pmf)

F
0
is a H
+
channel, F
1
is catalytic
•
Enzym tổng hợp ATP là máy quay nhỏ nhất thế giới,