ATP סינתאז – המנוע המולקולרי המושלם

גופנו זקוק לאנרגיה על מנת לתפקד. המנגנון העיקרי להפקת אנרגיה הוא על ידי תהליך הנשימה התאית. בתהליך זה פועל מנוע קטן ומופלא הנקרא ATP synthase. הסרטון שלפנינו ממחיש כיצד מנוע זה פועל להפקת אנרגיה בצורת ATPהסרטון מלווה בהסברים באנגלית, על כן הוספנו תרגום בעברית בהמשך הדף.
 

הסרטון נלקח מהספר:
Essential Cell Biology, 3rd EditionAlberts, Bray, Hopkin, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, & Walter
מהוצאת Garland Science. לאתר הבית של הספר לחצו כאן

ATP הינה מולקולה עתירת אנרגיה, אשר מכילה קבוצת אדנוזין ושלוש קבוצות זרחן אנאורגני (Pi) הקשורות אליה. הידרוליזה של קבוצת הזרחן השלישית גורמת לשחרור אנרגיה המאפשרת הפעלת אנזימים שונים. תהליך ייצור ה-ATP מתרחש במיטוכונדריה על ידי אנזים הנקרא ATP synthase. אנזים זה מעביר פרוטונים מאזור עם ריכוז גבוה לאזור עם ריכוז פרוטונים נמוך ועל ידי כך משתמש באנרגיה של מפל הריכוזים שלהם לייצור ATP.

האנזים ATP synthase מורכב משלושה חלקים עיקריים: מנוע - F0 אשר קושר פרוטונים. ציר - shaft אשר מוליך את התנועה הסיבובית, ו-F1 ATPase אשר מרכיב מולקולות ATP מ-ADP ופוספט.

תחילה הפרוטונים מבחוץ נקשרים לאתר קישור במנוע, קישור כזה גורם לשינוי מבני במנוע אשר מסובב אותו מעט וחושף את האתר קישור הבא. כאשר פרוטון מסיים סיבוב מלא הוא נפלט פנימה אל תוך המיטוכונדריה ובכך מאפשר לפרוטון חדש להקשר. למעשה המנוע משתמש במפל הריכוזים של הפרוטונים על מנת להסתובב, ובכך הוא ממיר אנרגיה כימית לאנרגיה מכאנית.

הציר מקשר בין המנוע ל-F1 וממיר סיבוב אנכי לסיבוב אופקי. הסיבוב של F1 מחולק למספר שלבים: קישור ADP ופוספט, סגירה שלהם בתא שטח קטן אשר מאלצת אותם להקשר, ושחרור מולקולת ה-ATP החדשה. ייצור ATP כמעט ולא מתבצע ספונטנית בתא, ועל כן הוא זקוק לאנזים על מנת לזרז את ייצורו.

כמו כל אנזים בגוף גם ה-ATP synthase, בהנתן תנאים מתאימים יעבוד הפוך: כלומר אם ריכוזי הפרוטונים וה-ATP בתוך המיטוכונדריה גבוהים, האנזים יסתובב הפוך, יפלוט פרוטונים החוצה ויפרק ATP ל-ADP ופוספט.

בסרטון מתואר ניסוי שנערך במעבדה, בו חיברו למנוע סיב פלורסנטי זעיר והוסיפו לתמיסה ATP, ניתן לראות כי הסיב החל להסתובב עקב תנועת המנוע שנגרמה עקב פירוק ה-ATP.

ה-ATP synthase הינו מנוע כמעט מושלם, היעילות שלו היא כ-97% הרבה מעבר ליעילות של כל מנוע מעשה ידי אדם. הוא מנצל אנרגיה זמינה ליצר אנרגיה הדרושה לגוף במחיר אנרגתי נמוך - הוא כמעט ולא מאבד אנרגיה לסביבה.

מאת: ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע
 
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.