Cấu tạo và cơ chế hoạt động của Enzyn ATP Synthase

 Đề tài :Cấu tạo và cơ chế hoạt động củaEnzyn ATP Synthase 	Giảng viên 	: TS. Võ Văn Toàn 	Học viên 	: Nguyễn Thị Mân 	Lớp 	: Cao học sinh K10NĂNG LƯỢNG SINH HỌCSơ lược về tổng hợp ATPATP (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  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 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 có nhân thậtCấu tạo của ATP SynthaseGồm có hai phần F0 và F1ATPsynthase được cấu tạo gồm 2 phần F0 và F1- Phần đầu F1 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 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 SynthaseMô hình lắp ghép các đơn vị của ATPsynthaseSơ đồ cấu tạo chi tiết của ATP synthase subunitc ring subunit subunit subunit- Phần chuyển động (rotor) là vòng C và phần còn lại ,  là đứng yên (stator).- Cột bên ngoài có 1 tiểu phần a, 2 tiểu phần b và tiểu phần . - F0 gồm vòng kênh proton có 10 đến 14 tiểu phần.-  và  là loại P vòng. - Phần F1 có 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 Subunit aProton 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 chêch lệch thế năng điện thế. Khi động cơ quay mỗi lần 1 góc 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 có gradien ion HydroIon 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 quayVai trò của ATP synthase?Tạo ra ATP từ ADP and và photphat vô cơ (Pi) ADP + Pi + ATP Cân bằng chung là :     ADP3- + HPO42- + H+ + nH+ màng ngoài (+ charge)     ATP4- + H2O + nH+ màng trong(- charge) Năng lượng từ sự vận chuyển ion Hydro qua màng theo gradientCơ 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 F0, F1. CƠ CHẾ HoẠT ĐỘNG CỦA ENZYM ATP SYNTHASEATP synthase subunitc ring subunit subunit subunitPhầnF1 có 5 loại chuỗi polypeptide( 3, 3, , , ), xuất hiện trong hoạt động củaATPase &  are members of P-loop familyF0 gồm vòng kênh proton có 10-14 tiểu phần ‘a’ subunit gắn ở bênNgoài vòng Cột bên ngoài có1 a subunit, 2 b subunits, và  subunitPhần chuyển động (rotor) là vòng Cvà phần còn 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 không 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 phóng ATPGđ 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 Mở cấu trúc Cấu trúc mở, ADP, Pi liên kết yếuCấu trúc đóng:ADP, Pi liên kết chặt, tạo ATPMở cấu trúc: ATP được giải phóng, chu trình bắt đầuProton chuyển động qua màng gây ra chuyển động quayProton xâm nhập vào nửa kênh cytosolic, trung hòa AspAsp vào nửa kênh matrix Proton vào matrix, khôi phục hê thốngCon đường Proton xuyên qua màng Nửa kênh CytosolicNửa kênh MatrixNhững băng chuyền ty thể Hai thành phần của động lực chuyển động proton (pmf)F0 is a H+ channel, F1 is catalytic Enzym tổng hợp ATP là máy quay nhỏ nhất thế giới, Tổng hợp ATP Trong tế bào, 3 H+ tương đương 1 ATP (In cell, 3 H+ flow per ATP produced):*2 e- from NADH  10 H+ pumped  3 ATP2 e- from FADH2  6 H+ pumped  2 ATPEnzym ATP synthase có thể hoạt động theo chiều hướng khác :Chiều hướng ngược lại hoạt động như bơm proton (ATP synthase can work in either direction; working backwards it acts as a proton pump)Chiều hướng hoạt động theo tỷ lệ nồng độ ATP và ADP (Direction depends on Vm and ratio of ATP:ADP.)ATP synthase là bơm proton làm việc theo kiểu hai chiều Quan sát chuyển động quay của ATPaseSáu 33 của ATP ase cố định trên bề mặt Mẫu huỳnh quang và mối liên quan đến  subunitQuan sát quay dưới KHV huỳnh quang của quá Trình thủy phân ATPSợi tơ ActinF0F1 ATPase/ATP synthase (F-type)10/26/0531Fig. 11-39Fig. 11-40ElectronTransportStudyGuideSố liệu đáng lưu ý về ATP synthaseBao gồm 22722 nguyên tử 23211 liên kết để kết nối 2987 nhóm 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 hô hấp Động cơ quay nhỏ nhất được biết ( chỉ được quan sát dưới KHV điện tử )