F1F0ATP合酶的发现课堂PPT.ppt

F1F0-ATP合酶的发现合酶的发现 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AT P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”A T P 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约翰约翰约翰· ·沃克沃克沃克沃克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ATP7•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。

保罗保罗·博耶博耶10成果：致力于ATP的合成机理研究并做出成功的解释ATP合酶的结构 ATP合成的分子机制11•1960年，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β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β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β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β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γ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β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γ亚基伸出到(αβ)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β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γ亚基上，当向反应体系中加入Mg2+~ATP后，就可以观察到γ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Walker17•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 詹斯詹斯·斯科斯科18•1997年3位诺贝尔化学奖获得者，前两人 对ATP合酶如何合成能源物质ATP的研究方面做出了重要贡献，第三位获奖科学家 斯科的成就在于首先发现了一个利用ATP驱动离子跨膜运送的钠、钾一ATP酶 ，从而引起有关科学家的注意，并对此做 了系统研究 1920。