Gradient nồng độ proton đợc chuyển thănh ATP nh thế năo? Chúng ta biết rằng sự vận chuyển điện tử giải phóng vă lực vận chuyển proton tiềm năng nhiều hơn so với năng lợng tự do đủ (khoảng 200kJ) cho “1 mol” cặp điện tử vận chuyển đê hớng đến sự tạo thănh 1 mol ATP, chúng chỉ đòi hỏi 50kJ. Sự phosphryl hóa oxy hóa ty thể coi lă vấn đề đẳng nhiệt. Nhng cơ chế hóa học năo liín quan sự chảy proton vă sự phosphryl oxy hóa?
Mô hình hóa thẩm (chemiosmotic model) đợc đề nghị bởi Peter Mitchell lă mô hình cho cơ chế năy. Theo mô hình năy, năng lợng điện hóa vốn có trong s chính lệch nồng độ proton vă sự phđn câch điện tích qua măng trong ty thể-lực vận động proton- điều khiển sự tổng hợp ATP vì dòng proton chảy trở lại văo matrix qua lỗ proton liín kết với ATP synthase. Để nhấn mạnh vai trò của lực vận chuyển proton, phơng trình tổng hợp ATP đôi khi đợc viết:
ADP + Pi + nH+P —> ATP + H2O + nH+N. (19-10)
Mitchell dùng từ “chemiosmotic” để mô tả phản ứng enzyme bao gồm câc phản ứng hóa học vă quâ trình vận chuyển xẩy ra cùng một lúc. Xâc định hoạt động kết nối chỉ ra trín H. 2-21.
Khi một ty thể phđn lập đợc cho văo dung dịch đệm có chứa ADP, Pi vă 1 cơ chất oxy hóa đợc nh lă succinate, 3 quâ trình đo đạc dễ dăng có thể đợc thực hiện: (1) cơ chất bị oxy hóa (succinate tạo fumarate); (2) O2 bị tiíu thụ; (3) ATP đợc tổng hợp. Sự tiíu thụ oxygen, sự tổng hợp ATP, phụ thuộc văo sự có mặt của cơ chất có khả năng oxy hóa (succinate trong trờng hợp năy) cũng nh ADP vă Pi.
Vì rằng năng lợng của sự oxy hóa cơ chất điều khiển sự tổng hợp ATP trong ty thể, nh vậy câc chất ức chế sự vận chuyển điện tử tới oxy (nh lă cyanide,
H. 2-21. Mô hình hóa thẩm (chemiosmotic model).
Mô hình đơn giản năy âp dụng cho sự vận chuyển điện tử trong ty thể từ NADH vă câc cơ chất có khả năng oxy hóa khâc đi qua mạch câc chất mang sắp xếp bất đối trong măng trong ty thể, tạo ra cả gradient hóa học vă gradient điện tích . Măng trong ty thể thì không thấm proton; proton chỉ có thể trở văo matrix qua một kính proton đặc biệt (F0). Lực vận chuyển proton điều khiển câc proton quay lại matrix cung cấp năng lợng cho sự tổng hợp ATP, đợc xúc tâc bởi phức hợp complex kết hợp với F0.
Ngạc nhiín hơn khi tìm ra rằng điều ngợc lại đó cũng lă sự thật, sự ức chế tổng hợp ATP đê ngăn cản sự vận chuyển điện tử trong ty thể nguyín vẹn. Sự liín kết bắt buộc năy có thể đợc chứng minh trong câc ty thể đê đợc phđn lập nhờ cung cấp O2 vă cơ chất có khả năng oxy hóa, nhng không phải ADP (H.2-22b). Dới câc điều kiện đó, không có sự tổng hợp ATP xẩy ra vă sự vận chuyển điện tử đến O2 cũng không xẩy ra. Sự kết hợp giữa sự oxy hóa vă phosphoryl hóa cũng có thể đợc chứng minh nhờ sử dụng olygomicin hoặc venturicidin, câc khâng sinh độc do liín kết với ATP synthase trong ty thể. Câc chất năy lă chất ức chế bắt buộc của cả ATP synthase vă chất vận chuyển điện tử qua mạch vận chuyển O2 (H19-18b).