H. 2-27 Phức hợp ATPase ty thể.
4.5 Xúc tâc quay vòng lă chìa khóa cơ chế thay đổi cơ chế liín kết để tổng hợp ATP.
tổng hợp ATP.
Trín cơ sở câc nghiín cứu chi tiết sự liín kết vă động học của câc phản ứng đợc xúc tâc bởi F0F1, Paul Boyer đê đề nghị cơ chế xúc tâc quay (rotational catalysis) trong đó 3 vị trí hoạt động của F1 quay xúc tâc sự tổng hợp ATP (H. 2- 28).
Hình 2-28. Mô hình thay đổi liín kết cho enzyme ATP synthase.
Phức hợp F1 có 3 vị trí liín kết adenine nucleotide nonequivalent, một cho mỗi cặp tiểu đơn vị α vă β. Tại bất kỳ thời điểm năo đê cho, một trong những vị trí đó thì có cấu hình β-ATP (chúng liín kết với ATP một câch chặt chẽ), vị trí thứ 2 thì ở cấu hình β-ADP (liín kết lỏng lẻo), vă vị trí thứ 3 thì có cấu hình β- empty (liín kết rất lỏng lẻo). Lực vận động proton gđy ra sự quay trục trung tđm tức tiểu đơn vị gama, đợc chỉ ra nh đầu mũi tín mău xanh, chúng đi đến từng cặp tiểu đơn vị αβ (αβ subunit pair) liín tiếp. Điều năy sinh ra sự thay đổi cấu hình liín hiệp trong đó vị trí cấu hình β-ATP đợc chuyển thănh β-empty vă ATP đợc tâch ra, β-ADP đợc chuyển đến cấu hình β-ATP, nó xúc tiến ngng tụ ADP-P để tạo ra ATP vă β-empty site trở thănh β-ADP site, chúng liín kết lỏng lẻo với ADP + P đi văo từ dung môi. Mô hình năy, đặt cơ sở cho việc tìm ra bằng thực nghiệm đòi hỏi tối thiểu 2 trong 3 vị trí xúc tâc luđn phiín trong hoạt động; ATP không thể đợc giải phóng từ một vị trí trừ khi vă cho đến khi ADP vă P đợc liín kết ở một vị trí khâc.
Tiểu đơn vị β đê cho khởi động ở cấu hình β-ADP, chúng liín kết với ADP vă P từ môi trờng xung quanh. Tiểu đơn vị năy bđy giờ thay đổi cấu hình thănh dạng β-ATP liín kết chặt chẽ vă ổn định ATP, mang đến đơng lợng ADP + P với ATP trín bề mặt. Cuối cùng tiểu đơn vị năy thay đổi thănh cấu hình β-empty, chúng có âi lực rất thấp đối với ATP, vă ATP đê đợc tổng hợp mới nay rời khỏi bề măt enzyme. Một vòng khâc của sự xúc tâc bắt đầu khi tiểu đơn vị năy một lần nữa chuyển thănh dạng β-ADP vă liín kết ADP vă P.
Những thay đổi cấu hình lă trung tđm của cơ chế đê đợc điều khiển nhờ sự qua của câc Proton đi qua phần F0 của ATP synthase. Dòng câc proton qua lỗ F0 lă nguyín nhđn gđy ra hình trụ của tiểu đơn vị c vă tiểu đơn vị gama đê đợc gằn văo để quay xung quanh trục dăi của gama, chúng thì vuông góc với mặt phẳng
của măng. Tiểu đơn vị gama đi qua trung tđm của hình cầu α3β3, chúng đợc giữ tơng đối ổn định đối với bề mặt của măng nhờ câc tiểu đơn vị b2 vă δ (H.2-27f). Với mỗi lần quay 1200, trục gama (tiểu đơn vị gama) lại tiếp xúc với một tiểu đơn vị một tiểu đơn vị β khâc vă sự tiếp xúc buộc 1 tiểu đơn vị β đi văo cấu hình β-empty.
Ba tiểu đơn vị β tơng tâc vơi nhau theo câch lă khi 1 tiểu đơn vị có cấu hình β-empty thì bín cạnh phải lă β-ADP form vă tiếp theo phải lă β-ATP. Nh thế một vòng quay hoăn toăn của tiểu đơn vị gama (trục) xẩy ra cho mỗi tiểu đơn vị β đ- ợc xoay qua tất cả 3 cấu hình có thể của nó vă cho mỗi lần quay thì 3 ATP đợc tổng hợp vă giải phóng khỏi bề mặt enzyme.
Một dự bâo của mô hình thay đổi liín kết năy lă tiểu đơn vị gama (trục) có thể quay theo một hớng khi khi F0F1 khi đang tổng hợp ATP vă theo hớng ngợc lại khi thủy phđn ATP. Dự đoân năy đê đợc kiểm chứng trong câc thí nghiệm trong phòng thí nghiệm của Masasuke Yoshida Kmosita,Jr.. Sự quay của tiểu đơn vị gama trong phđn tử đơn F1 đê đợc quan sât thấy bằng kính hiển vi nhờ gắn một polymer actin huỳnh quang dăi vă mỏng văo tiểu đơn vị gama vă quan sât nó chuyển động tơng đối với α3β3 đứng yín trín kính hiển vi, vì ATP đê bị thủy phđn. Khi toăn bộ F0F1 complex (không chỉ có F1) đê đợc dùng trong một thí nghiệm giống nhau, toăn bộ vòng của câc tiểu đơn vị c quay với trục gama (H.2- 29). Trục đê quay theo hớng dự kiến qua 3600. Sự quay đê không suôn sẻ nhng đê xẩy ra theo 3 giai đoạn tâch biệt 1200. Nh đê tính toân từ tốc độ của sự thủy phđn ATP nhờ 1 phđn tử F1 vă từ sự kĩo trợt trín polymer actin, hiệu quả của cơ chế năy trong biến đổi năng lợng hóa học thănh chuyển động thì đạt đến 100%.