F1F0-ATP合酶的发现PPT幻灯片

F1F0 ATP合酶的发现 生物工程班 三磷酸腺苷 ATP 能量货币 三磷酸腺苷 ATP 是世间所有生命体的能最载体 在细胞中 ATP分子在形成之后1分钟内就消耗掉了 ATP的转换率惊人之高 处在休息状态的人 42小时就消耗相当于自身重盘一半的ATP 在激烈运动时 1天能转化多达自身重盈20倍的ATP光能营养生物即植物 靠捕获光中的自由能以形成ATP 而化学能营养生物即动物 则靠燃料分子的氧化以形成ATP 因为有了ATP的存在 才有了生物体内的能盆转换 一切生灵才得以生存和繁衍 鉴此 生物学家们形象地将ATP誉为 能量货币 2 能量货币不贬值 1997年诺贝尔化学奖 就颁发给探索 能量货币不贬值 真谛的3位生物化学家 奖金的一半由美国加利福尼亚大学教授保罗 博耶和英国剑桥大学教授约翰 沃克共享 另一半由丹麦奥尔胡斯大学教授廷斯 斯科获得 3 博耶和沃克揭开了ATP合成酶的隐秘 从而探明 能量货币 ATP的形成过程 斯科发现了离子传输酶 这种酶即ATP合成酶的一种存在形式 起着离子泵的作用 他们共同说明了 能量货币不贬值 的道理 4 这三位科学家的工作都围绕生物体能量的主要提供者 ATP博耶和沃克的主要研究方向是ATP合酶 斯科则由于发现Na K 泵而获此殊荣 5 80年代初 沃克发现了ATP合酶 从而找到了第5种线粒体内膜脂蛋白 复合体V 与其他4种复合体在结构上互不相同 每种复合体都是内膜的结构成分 具有蛋白质的通性 与磷脂结成膜结构 并都有一套独特的载体 承担电子传递过程的部分酶促反应 约翰 沃克 6 沃克深入研究发现 ATP合酶的分子量约为50万道尔顿 当这种复合休处于分离状态时 便能够水解ATP 当处于正常自然位置时 起作用相反 能够合成ATP 7 沃克证实 APT合成酶是由10个多肽链组成的复合体 其中5个是膜固有的蛋白质 5个是膜周围的蛋白质 周围蛋白质朝向内膜的基质面突伸 而构成整个复合体的一个亚单位 称作F1ATP酶 这就是ATP合成酶进行可逆反应的场所 固有本体蛋白质组成复合体的另一个亚单位 称作FoATP酶 对ATP合成起调控作用 沃克还利用分子生物技术对5种膜周围蛋白质进行了纯化和分析 并测定了氨基酸成分 8 9 他的研究集中于ATP合酶 并且显示酶如何利用氢流从ADP和无机酸盐形成三磷酸腺苷所产生的能量 博耶假设一种不平常的机制解释三磷酸腺苷合酶的特性 被称做 束缚转变机制 已部分被沃克的研究所证实 保罗 博耶 10 11 1960年 在线粒体中找到了ATP合酶 或称F1F0 ATP酶 人们惊奇地发现 尽管ATP合酶可以被称为自然界中最小的 轮机 但它本身却是一个巨大的蛋白质复合体 包括了多种亚基 ATP合酶可以分作两大部分 位于膜内的F0部分 以及位于基质的类似头部的Fl部分 12 在70年代 科学家们证明ATP合成酶由3个部分组成 一是位于线粒体内膜的基部 二是由膜内伸出的 头部 在两者之间有一个 颈部使它们连接在一起 很多实验室的研究结果表明 ATP合酶的催化中心位于多亚基的 头部 其中3个 亚基起着关键作用 称为催化亚基 同时 颈部 在表现催化活性方面也是很重要的 但是对整个ATP合酶如何合成ATP的机理仍然是一个谜 13 博耶认为 上述3个 亚基的构象是不相同的 一种构象有利于合成ATP的前体ADP和Pi 磷酸 与之相结合 另一种构象可使结合的ADP和Pi合成ATP 第三种构象使ATP变成松驰结合状态 从而容易被释放下来 当ADP和Pi与一种构象的 亚基相结合以后 依次经历了两次构象的变化 从而导致ATP的合成并使之从ATP合成酶上释放下来 在ATP合成过程中3个 亚基通过转动 构象发生交替 反复的变化 所需的能量是由跨膜的H 流提供的 这就是博耶的ATP合成酶合成ATP的构象假说 即旋转催化假说 14 Boyer认为 单拷贝的 亚基处于其它亚基的中央 并且可以转动 如同三缸马达的机轴 带动与之相邻的 亚基旋转 发生构象上的变化 而穿过膜的质子流则如同水流一样驱动反应的进行 于是ATP被连续不断地合成出来 供给细胞活动之用 Boyer的假说虽然在当时就已经受到很多间接实验证据的支持 但它的真正得到承认 是在1994年Walker小组发表了F1的晶体结构之后 Walker的研究表明 Boyer 结合变化机制 中对于Fl结构的预测基本上是正确的 只是 亚基伸出到 3中的一个 从而带动它们进行构象的转换 15 博耶假说也可以形象比喻为 ATP合酶犹如一部精密的分子水轮机 当H 流跨膜转运时 带动ATP合成酶基部轮子似的结构和与之相连接的轴进行旋转 就象水流带动水轮机一样 这一转动继而引起与轴相连的3个叶片 即ATP合成酶催化中心的3个 亚基 也随之转动起来并发生一定的构象变化 结果使ADP和Pi合成ATP并将它释放下来 16 尽管Boyer与Walker为了解ATP合成的机制作出了突出贡献 但他们获得今年的诺贝尔奖 还得益于近两年发表的有关工作 包括Cross小组 Junge小组和Yoshid小组 其中Yoshid等的工作最为有趣 他们将荧光标记的肌动蛋白纤维丝附着在F1的 亚基上 当向反应体系中加入Mg2 ATP后 就可以观察到 亚基的顺时针转动 很多人认为 上述堪称精美的工作大大影响了诺贝尔评奖委员会 使他们迅速作出决定 把化学奖授予Boyer和Walker 17 由于他发现了一种被称为钠钾激活的三磷酸腺苷 钠钾ATP酶 而与博耶和沃克共获1997年诺贝尔化学奖 詹斯 斯科 18 1997年3位诺贝尔化学