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The Nobel Prize in Chemistry 1997 ATP synthase & Na+-K+ Pump

The Nobel Prize in Chemistry 1997 ATP synthase & Na+-K+ Pump. 01 尹廣宬 05 王靜宜 25 林欣岳 29 林群凱 44 曹芳穎 指導助教 : 陳郁雯. 大綱 Introduction Theotry ATP synthase Sodium-Potassium pump Application. ATP 研究發展史. 1929 年，德國化學家 羅曼 (K. Lohmann) 首先發現 ATP 化學分子

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The Nobel Prize in Chemistry 1997 ATP synthase & Na+-K+ Pump

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Presentation Transcript

  1. The Nobel Prize in Chemistry 1997ATPsynthase& Na+-K+ Pump 01 尹廣宬 05 王靜宜 25 林欣岳 29 林群凱 44 曹芳穎 指導助教:陳郁雯

  2. 大綱 • Introduction • Theotry • ATP synthase • Sodium-Potassium pump • Application

  3. ATP研究發展史 • 1929 年，德國化學家羅曼 (K. Lohmann)首先發現 ATP化學分子 • 1948 年，英國科學家托德 (Alexander Todd)化學合成 ATP • 在 1939 至 1941 年期 間，利普曼 (Fritz Lipmann)證實 ATP 是細胞內所有生物化學能量的運儲者，並且證實其能量是儲藏於高能磷酸化學鍵 (energy-rich phosphate bonds) • 至於 ATP 如何形成及 ATP 如何被消耗，正是本屆三位得獎者及其他科學家共同努力而得到答案

  4. 得獎主簡介 獎金分布 斯寇:“嘿嘿~我獨吞了1/2獎金”

  5. ATP的合成機制 • ATP的合成機制就是磷酸化作用，其可分為兩種，第一種就是所謂的化學滲透磷酸化作用﹝chemiosmotic phosphorylation﹞,而第二種就是受質階層磷酸化作用。

  6. 化學滲透磷酸化作用 • 化學滲透磷酸化作用是本身可分為兩大類，其一稱為氧化磷酸化作用﹝oxidative phosphorylation﹞，發生在bacterium及mitochondrium，其二稱為光合磷酸化作用﹝photophosphorylation﹞，發生在chloroplast上。

  7. 化學滲透壓假說﹝chemiosmotic hypothesis﹞

  8. 化學滲透壓假說﹝chemiosmotic hypothesis﹞

  9. ATP synthase的構造 • 旋轉式的機構 ，分為兩個部分一部分稱為 F0，是與粒線體內膜或囊狀膜相結合，另一部分稱為 F1，是凸出膜外。

  10. 三種構形 • 構形1：與ADP及Pi有良好的親和力。 • 構形2：使ADP和Pi緊密結合，促成ATP的形成。 • 構形3：與ATP間的親和力弱，使生成的ATP釋放。

  11. NA+/K+ ATPase鈉鉀幫浦

  12. Na+/K+ pump(sodium-potassium pump) • 1997年諾貝爾化學獎Jens C. Skon之發現 • 屬於ATPase分類中的P-type • 維持細胞體積，鈉鉀離子平衡 • 基本機制：3Na出，2K入

  13. Na+/K+ pump對人體的神經細胞，心肌細胞，腸胃道及腎小管的運作十分重要

  14. Na+/K+ pump的結構

  15. Na+/K+ pump的結構 • α subunit • 具ATP結合位和離子結合位 • ATP水解和離子運輸的發生場所 • β subunit • 輔助α subunit • 幫助Na-K pump的穩定與在細胞膜上的固著

  16. α subunit－3 domain • N domain • Nucleotide binding domain • ATP結合位 • P domain • Phosphorylation domain • aspartate(天門冬胺酸)磷酸化 • A domain • Actuator domain • 幫助固定整體的集合結構 • TM domain • Transmembrane domain • 離子結合位

  17. α subunit－2構型 • E1 • 親 Na 遠 K • 膜內開，膜外關 • E2 • 親 K 遠 Na • 膜外開，膜內關

  18. Na+/K+ pump作用機制

  19. γsubunit • small protein (6.5 kD) • ouabain binding site • function unknown • not an integral component • modulation of the enzymatic properties of the enzyme. • an important determinant of active cation transport • blastocoel formation in the mouse

  20. Cardiac glycosides(強心配糖體) • 泛指從foxglove plant (Digitalis purpurea) 中取出的化合物 -----洋地黃 • 醫學上作為強心劑

  21. Digitalis compounds 的醫療用途 • 治療充血性心臟衰竭(Congestive heart failure) 、心律不整(arrhythmias)、Atrial fibrillation and flutter • 作用機制 • 抑制心肌細胞膜上之Na+-K+-ATPase • Activate 迷走神經對心臟的訊號，使得atrioventricular node (心臟房室結)的脈衝減弱。

  22. Ca++ 在細胞中的濃度上升，與Troponin結合，加強心肌細胞的收縮，以及實質上增加心臟血液的輸出量。 • 患有低血鉀症及Atrioventricular block 的患者服用容易造成cardiac arrhythmia

  23. Digoxin • 發現者：1785年英國植物學家 William Withering出版 “An Account of the Foxglove and some of its Medical Uses” • 起初當作利尿劑來治療水腫 • 副作用：食慾不振、噁心嘔吐或腹瀉、視覺改變、對光敏感、疲憊想睡、肌肉無力，心跳變得不規則

  24. Ouabain • 從Strophanthus gratus and Acokanthera提煉而得 • 最新的研究顯示，低劑量的Quabain反而有opposite effect • 近年來發現心臟本身也會製造Quabain，詳細地action mode 和 physiological significance 還沒有被完全了解

  25. Quabain作用機制

  26. 結合方式

  27. Leber遺傳性視神經萎縮症(LHON) • 症狀：病人發生急性或亞急性無痛之中央視野缺損 • 粒線體遺傳疾病，多病發於中年，男性居多 • 根據研究發現腺體基因位點：11778，3460，14484 等發現核苷酸完全置換 • 這些核苷酸改變會造成粒線體氧化磷酸化功能發生障礙，造成細胞ATP供應失調，以致組織機能之衰退或失常。

  28. Thanks for your attention!! -The End-

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