Funcionamiento de la ATP sintasa
Las enzimas conocidas como ATP sintasas son aquellas con capacidad para generar moléculas de ATP (adenina trifosfato), a partir de ADP (adenina difosfato) y Pi (fosfato inorgánico). El ATP es la molécula principal de intercambio de energía entre los diferentes sistemas metabólicos de la célula. Es por eso que su síntesis, y por lo tanto la proteína encargada de ello, es tan importante. Puedes leer más sobre donde se localiza esta enzima en procariotas y eucariotas en el artículo que le dedicamos a ello aquí. Además puedes leer sobre su estructura en este otro artículo aquí.
Las ATP sintasas funcionan gracias la diferencia de potencial eléctrico entre los dos lados de la membrana en la que se encuentra. la cadena de transporte electrónico asociado a la misma membrana genera un gradiente de protones (H+) en una dirección y la ATP sintasa los devuelve al interior del compartimento celular. De esta manera se mantiene el equilibrio eléctrico y se obtiene energía. Lee más sobre la cadena de electrones aquí. La ATP sintasa hace pasar a su través los protones de un lado de la membrana al otro, en este transporte el complejo ATP sintasa cambia su conformación de tal manera que acerca el ADP y el Pi para que se forme un enlace covalente entre ellos.
El giro de la ATP sintasa permite el cambio entre las conformaciones de sus subunidades beta.
El ATP es una molécula que contiene mucha más energía química (en forma de enlaces moleculares) que el ADP. Es por esto que el paso de una a otro es endergónico, es decir, requiere energía puesto que no se da de forma espontánea, debido a las diferencias energéticas entre ambas moléculas. Si quieres saber más puedes leer sobre la importancia del ATP en este artículo (próximamente).
Mecánicamente el ATP sintasa tiene tres estados, cada uno de sus tres heterodímeros (de la unión de una subunidad alfa y una beta), se encuentra alternativamente en cada estado. Cuando un protón atraviesa el anillo c del complejo, éste rota 120 grados. Con cada rotación la conformación de la subunidad beta cambia. En el estado L (libre), la subunidad beta es capaz de unir ADP y Pi, al pasar el protón, la subunidad se mueve, cambia de conformación. Pasando al estado T (de unión tensa) en la que se condensan el ADP y el Pi para formar un enlace fosfodiéster. La conformación T es más afín por el ATP que por el ADP y el Pi, de tal forma que la velocidad de la reacción entre el sustrato y el producto se acerca a 1, permitiendo así el intercambio entre las dos conformaciones del ATP-ADP en equimolaridad. Con el siguiente protón volverá a rotar hasta la conformación O (abierta, open en inglés), en la que el ATP quedará libre en el citoplasma celular.
La liberación de la molécula de ATP en la conformación O, es simultánea a la unión de dos nuevas moléculas de ADP y Pi, que son indispensables para permitir la rotación de la subunidad gamma. Es la subunidad gamma la responsable de las diferentes conformaciones de los tres dímeros y permite a su vez el paso de la conformación T a la conformación O.
Con cada paso de protones se mueven los tres heterodímeros, de forma continua y cíclica, por lo que una rotación entera generará 3 moléculas de ATP.