F1F0 ATP合酶的發(fā)現(xiàn)ppt課件

1、F1F0-ATP合酶的發(fā)現(xiàn),生物工程班,三磷酸腺苷 (ATP) 能量貨幣,三磷酸腺苷(ATP)是世間所有生命體的能最載體。在細(xì)胞中，ATP分子在形成之后1分鐘內(nèi)就消耗掉了。 ATP 的轉(zhuǎn)換率驚人之高:處在休息狀態(tài)的人,42小時(shí)就 消耗相 當(dāng)于自身重盤(pán)一半的ATP; 在激烈運(yùn)動(dòng)時(shí),1天能轉(zhuǎn)化多達(dá) 自身重盈20倍的 ATP 光能營(yíng)養(yǎng)生物即植物,靠捕獲光中的自由能以形成 ATP;而化學(xué)能營(yíng)養(yǎng)生物即動(dòng)物,則靠燃料分子的氧化以形成 ATP。因?yàn)橛辛薃TP的存在,才有了生物體內(nèi)的能盆轉(zhuǎn)換,一切生靈才得以生存和繁衍。 鑒此,生物學(xué)家們形象地將AT P譽(yù)為“能量貨幣” 。,能量貨幣不貶值,1997年諾貝爾化學(xué)

2、獎(jiǎng),就頒發(fā)給探索“能量貨幣不貶值”真諦的3位生物 化學(xué)家:獎(jiǎng)金的一半由美 國(guó)加利福尼亞大學(xué)教授保羅博耶和英國(guó)劍橋大學(xué)教授約翰沃克共享,另一半由丹麥奧爾胡斯大學(xué)教授廷斯斯科獲得。,博耶和沃克揭開(kāi)了ATP合成酶的隱秘,從而探明“能量貨幣”A T P 的形成過(guò)程。 斯科發(fā)現(xiàn)了離子傳輸 酶,這種酶即ATP合成 酶的一種存在形式,起著離子泵的作用。 他們共同說(shuō)明了“能量貨幣不貶值”的道理 。,這三位科學(xué)家的工作都圍繞生物體能量的主要提供者ATP 博耶和沃克的主要研究方向是 ATP合酶。 斯科則由于發(fā)現(xiàn) Na+K+ 泵而獲此殊榮。,80年代初,沃克發(fā)現(xiàn) 了ATP合酶,從而找到了第5種線粒體內(nèi)膜脂蛋 白復(fù)合

3、體V,與其他4種復(fù)合體在結(jié)構(gòu)上互不相同。每種復(fù)合體都是內(nèi)膜的結(jié)構(gòu)成分,具有蛋 白質(zhì)的通性,與磷脂結(jié)成膜結(jié)構(gòu),并都有一套獨(dú)特 的載體,承擔(dān)電子傳遞過(guò)程 的部分酶促反應(yīng)。,約翰沃克,沃克深入研究發(fā)現(xiàn),ATP合酶的分子量約為50萬(wàn)道爾頓。當(dāng)這種復(fù)合休處于分離狀態(tài)時(shí),便能夠水解ATP;當(dāng)處于正常自然位置時(shí),起作用相反,能夠合成ATP。,沃克證實(shí),APT合成酶是由10個(gè)多肽鏈組成的復(fù) 合體,其中5個(gè)是膜固有的蛋白質(zhì),5個(gè)是膜周?chē)牡鞍踪|(zhì)。周?chē)鞍踪|(zhì)朝 向內(nèi)膜的基質(zhì)面突伸,而構(gòu)成整個(gè)復(fù)合體的一個(gè)亞單位,稱作F1ATP酶,這就是ATP合成酶進(jìn)行可逆反應(yīng)的場(chǎng)所。固有本體蛋白質(zhì)組成復(fù)合體的另一個(gè)亞單位,稱作Fo

4、ATP酶，對(duì) ATP合成起調(diào)控作用。沃克還 利用分子生物技術(shù)對(duì)5種膜周?chē)鞍踪|(zhì)進(jìn)行了純化和分析,并測(cè)定了氨基酸成分。,他的研究集中于ATP合酶，并且顯示酶如何利用氫流從ADP和無(wú)機(jī)酸鹽形成三磷酸腺苷所產(chǎn)生的能量。博耶假設(shè)一種不平常的機(jī)制解釋三磷酸腺苷合酶的特性，被稱做“束縛轉(zhuǎn)變機(jī)制”，已部分被沃克的研究所證實(shí)。,保羅博耶,1960年，在線粒體中找到了ATP合酶(或稱F1F0-ATP酶)，人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，盡管ATP合酶可以被稱為自然界中最小的“輪機(jī)”，但它本身卻是一個(gè)巨大的蛋白質(zhì)復(fù)合體，包括了多種亞基 。ATP合酶可以分作兩大部分 ，位于膜 內(nèi)的F0 部分，以及位 于基質(zhì)的類似頭部 的 Fl部分

5、。,在 70年代，科學(xué)家們證明ATP合成酶由3個(gè)部分組成：一是位于線粒體內(nèi)膜的基部，二是由膜 內(nèi)伸 出的“頭部，在兩者之間有一個(gè)“頸部使它們連接在一起。很多實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果表 明，ATP合酶的催化中心位于多亞基的“頭部”，其中3個(gè)亞基起著關(guān)鍵作用，稱為催化亞基，同時(shí)“頸部”在表現(xiàn)催化活性方面也是很重要 的，但是對(duì)整個(gè)ATP合酶如何合成ATP的機(jī)理 仍然是 一個(gè)謎 。,博耶認(rèn)為，上述3個(gè)亞基的構(gòu)象是不相同 的：一種構(gòu)象有利于合成ATP的前體 ADP和 Pi(磷酸)與之相結(jié)合。另一種構(gòu)象可使結(jié)合的 ADP和Pi合成 ATP,第三種構(gòu)象使ATP變成松馳結(jié)合狀態(tài)，從而容易被釋放下來(lái)。當(dāng) ADP和 Pi

6、與一種構(gòu)象的亞基相結(jié)合以后，依次經(jīng)歷 了兩次構(gòu)象的變化，從而導(dǎo)致 ATP的合成并使之從ATP合成酶上釋放下來(lái)。在ATP合成過(guò)程中3個(gè)亞基通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)象發(fā)生交替、反復(fù) 的變化 ，所需的能量是由跨膜的 H+ 流提供的 。這就是博耶的 ATP合成酶合成 ATP的構(gòu)象假說(shuō)，即旋轉(zhuǎn)催化假說(shuō) 。,Boyer認(rèn)為，單拷貝的亞基處于其它亞基的中央，并且可以轉(zhuǎn)動(dòng)，如同三缸馬達(dá)的機(jī)軸，帶動(dòng)與之相鄰的亞基旋轉(zhuǎn)，發(fā)生構(gòu)象上的變化。而穿過(guò)膜的質(zhì)子流則如同水流一樣驅(qū)動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行，于是 ATP被連續(xù)不斷地合成出來(lái)，供給細(xì)胞活動(dòng)之用。 Boyer的假說(shuō)雖然在當(dāng)時(shí)就已經(jīng)受到很多間接實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持，但它的真正得到承認(rèn)，是在199

7、4年 Walker小組發(fā)表了F1的晶體結(jié)構(gòu)之后。Walker的研究表明，Boyer“結(jié)合變化機(jī)制”中對(duì)于 Fl結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)基本上是正確的，只是亞基伸出到()3中的一個(gè)，從而帶動(dòng)它們進(jìn)行構(gòu)象的轉(zhuǎn)換。,博耶假說(shuō)也可以形象比喻為：ATP合酶猶如一 部精密的分子水輪機(jī)，當(dāng) H+流跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，帶動(dòng)ATP合成酶基部輪子似的結(jié)構(gòu)和與之相連接的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，就象水流帶動(dòng)水輪機(jī)一樣。這一轉(zhuǎn)動(dòng)繼而引起與軸相連的3個(gè)葉片(即ATP合 成酶催化中心的3個(gè)亞基)也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)并 發(fā)生一定的構(gòu)象變化，結(jié)果使 ADP和Pi合成 ATP并將它釋放下來(lái) 。,盡管 Boyer與Walker為了解 ATP合成的機(jī)制作 出了突出貢獻(xiàn) ，但他們獲得今年 的諾貝爾獎(jiǎng) ，還得益于近兩年發(fā)表的有關(guān)工作 ，包括 Cross小組、Junge小組和Yoshid小組。其中Yoshid等的工作最為有趣，他們將熒光標(biāo)記的肌動(dòng)蛋白纖維絲附著在F1的亞基上，當(dāng)向反應(yīng)體系中加入Mg2+ATP后，就可以觀察到亞基的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。很多人認(rèn)為，上述堪稱精美的工作大大影響了諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)，使他們迅速作出決定，把化學(xué)獎(jiǎng)授予Boyer和Walker。,由于他發(fā)現(xiàn)了一種被稱為鈉鉀激活的三磷酸腺苷鈉鉀ATP酶，而與博耶和沃克共獲1997年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,詹斯斯科,1997年3位諾貝爾化