H. 2-22 Sự liín kết vận chuyển điện tử vă sự tổng hợp ATP trong ty thể.
4.2 ATPđ ợc ổn định liín quan với ADP trín bề mặt của F1.
Câc thí nghiệm thay đổi phóng xạ với F1 tinh khiết khâm phâ tâc động có ý nghĩa đâng kể về cơ chế tâc động enzyme: trín bề mặt enzyme, phản ứng ADP+ P <—> ATP + H2O thì hoăn toăn thuận nghịch, sự thay đổi năng lợng tự do cho sự tổng hợp ATP thì gần nh zero. Khi ATP bị thủy phđn bởi F1 trong sự có mặt của
nớc đợc đânh dđu bằng 18O, Pi đợc giải phóng chứa nguyín tử 18O, đo đạc cẩn thận hăm lợng 18O của Pi đợc hình thănh in vitro nhờ sự thủy phđn ATP đợc xúc tâc bằng F1 khâm phâ ra rằng Pi không chỉ chứa một mă lă 3 hoặc 4 nguyín tử 18O (H. 2-25 ). Điều đó chỉ ra rằng dđy nối pyrophosphate cuối cùng trong ATP đê đợc tâch ra vă tâi hình thănh một câch lặp lại nhiều lần trớc khi Pi rời khỏi bề mặt enzyme.
H.2-25. Cơ chế xúc tâc của F1.
(a) 18O-exchange experiment. F1 đợc hòa tan từ măng ty thể đợc ủ với ATP trong sự có măt của nớc đânh dấu 18O. Khoảng thời gian một mẫu chất tan đợc lấy ra vă phđn tích sự xđm nhập của 18O văo trong Pi đợc tạo ra từ sự thủy phđn
ATP, Pi đó chứa 3 hoặc 4 nguyín tử 18O, điều đó chứng tỏ rằng cả sự thủy phđn ATP vă tổng hợp ATP xẩy ra văi lần trong quâ trình ủ. (b) giống nh phức hợp ở trạng thâi chuyển tiếp cho sự thủy phđn vă tổng hợp ATP. Tiểu đơn vị α đợc trình băy mău xanh hay mău tro. Câc gốc tích điện dơng β-Arg176vă α-Arg176 phối hợp 2 oxygen của chất trung gian phosphate hóa tri 5; β-lys155 tơng tâc với oxy gen thứ 3 vă ion Mg+2(xanh) ổn định lđu hơn câc chất trung gian. Hình cầu xanh thể hiện nhóm ở lại (H2O). Những sự tơng tâc đó gđy ra sự cđn bằng giữa ATP vă ADP + Pi ở vị trí hoạt động.
Với Pi tự do rơi văo vị trí liín kết của nó, mỗi một thủy phđn gắn một câch ngẩu nhiín 18O văo 1 trong 4 vị trí trong phđn tử. Phản ứng trao đổi năy xẩy ra trong phức hợp F0F1 không đợc lăm mạnh thím (không có gradient proton) vă với F1 đê đợc phđn lập - tức lă sự trao đổi không yíu cầu năng lợng đầu văo.
Nghiín cứu động học của tốc độ phản ứng ban đầu của sự tổng hợp vă thủy phđn ATP rút ra kết luận rằng G’0 cho tổng hợp ATP trín enzyme năy lă gần bằng zero. Từ tốc độ đo đợc của phản ứng thủy phđn (k1= 10s-1) vă sự tổng hợp (k-1= 24s-1), hằng số cđn bằng đợc tính toân cho phản ứng
lă
Từ K’eq năy, G’0 đê tính toân đợc thì gần bằng zero. Điều năy thì khâc xa với K’eq văo khoảng 105 (G’0= -30,5 kJ/mol) cho sự thủy phđn ATP trong dung dịch (không phải trín bề mặt enzyme).
H.2-26. Sơ đồ kết hợp phản ứng tổng hợp ATP vă phản ứng đặc hiệu enzyme hơn (more typical enzyme).
ATP khỏi enzyme (không phải sự tạo ra ATP) lă răo chắn năng lợng chủ yếu. Sự thay đổi năng lợng tự do để tạo thănh ATP từ ADP vă Pi trong dung dịch nớc thì rất lớn vă dơng tính, nhng trín bề mặt enzyme, sự liín kết rất chặt chẽ của ATP cung cấp năng lợng liín kết đủ để mang năng lợng tự do của ATP liín kết enzyme gần với năng lợng của ADP + Pi, nh vậy phản ứng hoăn toăn thuận nghịch. Hằng số cđn bằng gần bằng 1. Năng lợng tự do đòi hỏi cho sự giải phóng ATP đ-
ợc cung cấpbởi lực vận động proton (proton motive force).
+Câi gì đợc cho lă nguyín nhđn cho sự khâc nhau to lớn đó? ATP synthase ổn định ATP liín quan đến ADP + Pi nhờ sự liín kết ATP chặt chễ hơn, giải phóng đủ năng lợng cho cđn bằng với giâ của sự tạo thănh ATP. Đo đạc cẩn thận hằng số liín kết chỉ ra rằng F0F1 liín kết với ATP với âi lực rất cao (Kd < 10-12M) vă ADP với âi lực rất thấp (Kd= 10-5 M). Sự chính lệch Kd tơng ứng với sự chính lệch khoảng 40 kJ/mol năng lợng liín kết, vă năng lợng liín kết năy điều khiển cđn bằng về phía tạo ra sản phẩm ATP.