ATP synthase

Các ATP synthase xúc tác quá trình tổng hợp ATP. Nó là một phức hợp của các thành phần kỵ nước và ưa nước.

ATP Synthase là gì?

ATP synthase là một protein xuyên màng hoạt động như một máy bơm proton và như một enzym để tổng hợp ATP. Là một máy bơm proton, nó sử dụng ATP để sản xuất năng lượng, trong khi nó sử dụng năng lượng để tạo ATP.

Enzyme bao gồm 8 đến 20 tiểu đơn vị nhóm lại với nhau để tạo thành hai phức hợp. Một phức chất không hòa tan trong nước và nằm trong màng. Phức hợp này vận chuyển proton đến mức năng lượng cao hơn trong khi tiêu thụ ATP. Phần hòa tan trong nước của enzym ở rìa trong của màng xúc tác tổng hợp ATP từ ADP bằng cách sử dụng gradient proton. Phần không tan trong nước được gọi là phức Fo và phần tan trong nước là phức F1.

Vì hai đơn vị con của nó, tên này cũng được sử dụng cho ATP synthase FoF1-ATPase Ứng dụng. Chưa có enzym tổng hợp ATP nào khác được công nhận. Có rất nhiều cái gọi là ATPase cho việc này, nhưng tất cả chúng đều chỉ sử dụng ATP. ATP synthase là enzym duy nhất có thể tiêu thụ và tổng hợp ATP.

Chức năng & nhiệm vụ

ATP synthase đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa năng lượng. Tất cả các quá trình trao đổi chất tiêu tốn năng lượng đều phụ thuộc vào chức năng dự trữ năng lượng của ATP. Do số lượng lớn các quá trình trao đổi chất, 80 kg ATP được tổng hợp trong cơ thể con người mỗi ngày và ngay lập tức bị phá vỡ trở lại.

ATP được hình thành từ ADP thông qua sự tích tụ dư lượng phốt phát trong khi hấp thụ năng lượng. Điều này tạo ra một phân tử tích điện có thể nhanh chóng giải phóng năng lượng của nó bằng cách giải phóng dư lượng phốt phát. Tuy nhiên, nếu không có sự tích trữ năng lượng trung gian của ATP, thì không có quá trình trao đổi chất nào diễn ra nữa.

ATP có mặt phổ biến trong các cơ thể sống. Điều này áp dụng cho thực vật, nấm và vi khuẩn cũng như người và động vật. Tuy nhiên, ở tất cả các sinh vật, ATP synthase cũng đảm bảo sự hình thành ATP. Trong một thời gian dài, cơ chế truyền năng lượng không được rõ ràng. Đa số các nhà khoa học cho rằng năng lượng đến từ các hợp chất trung gian năng lượng cao và được chuyển thành ATP. Tuy nhiên, nhà hóa học người Anh Peter D. Mitchell là người đầu tiên công nhận rằng ATP lấy năng lượng từ gradient proton (PH gradient), trong đó ATP synthase đóng vai trò chính. Luận điểm này sau đó đã được xác nhận.

Theo phát hiện của các nhà nghiên cứu, quá trình tổng hợp ATP diễn ra trên phần hòa tan trong nước của enzyme. Nếu một proton bị tách ra trong phần không tan trong nước của enzyme trong màng, điện tích âm được tạo ra trong quá trình tách ra có thể được ổn định bằng tương tác ion. Để làm được điều này, phân tử phải xoắn một chút và tạo ra sức căng. ATP synthase hiện đã dự trữ năng lượng. Khi điện tích âm được proton hóa, phân tử bật trở lại như một lò xo căng và chuyển chuyển động quay đến phần hòa tan trong nước bên ngoài của enzyme. Ở đó, sự chuyển giao năng lượng diễn ra thông qua việc hấp thụ dư lượng phốt phát từ ADP, nhờ đó ATP được tạo ra. Đến lượt mình, ATP là một phân tử giàu năng lượng có sức căng cơ học cao, sẽ giải phóng năng lượng của nó bằng cách giải phóng dư lượng photphat.

ATP synthase là một phần nội tại của chuỗi hô hấp và xảy ra ở một mức độ lớn trong ti thể. Với ATP synthase, enzyme xây dựng ATP duy nhất được phát hiện. Nếu không có ATP, tất cả các quá trình năng lượng trong cơ thể sẽ bị đình trệ. Với việc phát hiện ra ATP synthase, mối liên hệ bị hiểu lầm giữa quá trình oxy hóa NADH và tổng hợp ATP cuối cùng đã được giải tỏa.

Bạn có thể tìm thấy thuốc của mình tại đây

Bệnh tật & ốm đau

Liên quan đến tổng hợp ATP, các bệnh cũng có thể xảy ra, mà chủ yếu biểu hiện là các rối loạn trong chuỗi hô hấp. Quá trình sản xuất năng lượng trong cơ thể sinh vật diễn ra trong ti thể. Ở đó, các hợp chất có hàm lượng năng lượng cao như axit béo hoặc glucose liên tục bị phân hủy thông qua chu trình axit xitric. Là một kho dự trữ năng lượng ngắn hạn quan trọng về mặt tồn tại, ATP phải được hình thành liên tục.

Nếu sự tổng hợp ATP bị rối loạn, không đủ năng lượng có thể được giải phóng. Các triệu chứng như suy nhược nghiêm trọng và mệt mỏi xảy ra. Các cơ và hệ thần kinh luôn bị ảnh hưởng. Vì các quá trình năng lượng diễn ra trong ti thể, những bệnh này còn được gọi là bệnh ti thể.

Các trục trặc hoặc tổn thương ty thể là đặc điểm của những rối loạn này. Tuy nhiên, nguyên nhân của các bệnh liên quan đến ty lạp thể rất đa dạng. Có những dạng di truyền và mắc phải của bệnh. Trong các bệnh di truyền ở ty lạp thể, đột biến của các enzym có trong chuỗi hô hấp. Trong trường hợp rối loạn di truyền, cả DNA của ty thể và DNA từ nhân tế bào đều có thể bị thay đổi do đột biến. Tất nhiên, trong số nhiều enzym trong chuỗi hô hấp, ATP synthase cũng có thể bị đột biến.

Nếu enzyme thất bại hoàn toàn, sinh vật sẽ không thể tồn tại. Với chức năng hạn chế của nó, nó có thể được xếp vào nhóm bệnh lớn của ty lạp thể. Các dạng bệnh ty thể khác nhau dẫn đến các dạng triệu chứng khác nhau. Tuy nhiên, họ đều có điểm chung là rối loạn thần kinh cơ. Điều này có nghĩa là hệ thần kinh và cơ bắp luôn bị ảnh hưởng bởi nguồn cung cấp năng lượng thấp. Hệ thống tim mạch và thận thường bị suy giảm chức năng.

Do việc cung cấp năng lượng bị gián đoạn, hầu hết các bệnh đều tiến triển nhanh chóng. Tuy nhiên, không có liệu pháp nhân quả, vì đây là một bệnh di truyền. Điều quan trọng là tăng cường thu nhận năng lượng dưới dạng chất bột đường và chất béo cũng như hạn chế tiêu hao năng lượng.