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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
UNIDAD CUAJIMALPA
UEA: FISIOLOGIA MOLECULAR
ATP SINTASA
Académico:
Manuel Gutiérrez
Alumnas:
B. Ximena Olivares Guadarrama
Liliana Moctezuma Cruz
Joselyn Alfaro
Tania G. Rojas Pérez
Citlali C. Madrid Díaz
• Introducción
• Estructura y ubicación
• Mecanismo de acoplamiento
reversible
• Deficiencia e inhibición de ATP
sintasa
• Ejemplos
• La ATP sintasa es un complejo enzimático encargado de
proveer a la célula la energía necesaria para realizar
todos sus procesos vitales mediante la síntesis de ATP,
aunque también puede llevar a cabo la hidrólisis de éste,
por lo que al complejo también se le nombra F1F0ATPasa.
ATP sintasa, también conocida como F1F0 ATPasa, cataliza la formación de ATP a
partir de ADP y Pi en los procesos conocidos como la fosforilación oxidativa
(impulsada por oxidaciones en las células animales y microorganismos) y la
fotofosforilación (impulsada por la luz en células vegetales).
• El nombre se debe a que las subunidades pueden separarse en
dos dominios estructurales llamados F1 y F0.
• La síntesis de ATP está acoplada a un gradiente de potencial
electroquímico de protones, que es generado por los complejos
enzimáticos de la cadena respiratoria durante la oxidación de
sustratos.
• El movimiento de protones a través de ATP sintasa es necesario
para la liberación del ATP de F1.
• Se propone que la energía liberada durante el movimiento de
protones a través de la membrana, lo cual produce un cambio
conformacional de la ATP sintasa, que da lugar a la liberación del
ATP unido fuertemente a la subunidad β.
Existen numerosas enzimas que hidrolizan el ATP en la célula,
sin embargo, el 90% de la síntesis en condiciones aerobias lo
realiza la ATP sintasa.
La ATP sintasa es un complejo enzimático ampliamente
distribuido en la naturaleza. Se localiza en la membrana
plasmática de las bacterias, la tilacoidal de los cloroplastos y la
membrana interna de las mitocondrias.
La ATP sintasa es una enzima altamente conservada en la
escala filogenética, 72% de identidad entre las subunidades de
mayor peso molecular.
A pesar de su alto grado de complejidad estructural, la ATP
sintasa de mitocondrias de bovino es la mejor conocida en la
actualidad.
F1
El nombre F1F0 ATP sintasa se debe a que las subunidades pueden separarse
en dos dominios estructurales llamados F1 y F0, definidos por su polaridad, un
hidrofóbico o F0 integrado a la membrana y un segmento hidrofílico o F1 que es
el dominio catalítico de la enzima.
A la ATP sintasa se le representa como un motor molecular rotativo que
participan en la conversión de energía, y por lo tanto consta de un rotor y de un
estator.
FO
• El rotor está compuesto por el tallo central de la enzima y el anillo c. Estas
subunidades están involucradas en el movimiento de la enzima durante la
catálisis, las subnidades γ, δ, ε, giran acordes con el segundo rotor en FO.
• El estator asegura la estabilidad de los rotores. Lo forman el hexamero αβ y
las subunidades del tallo periférico, las cuales se mantienen estáticas
durante la síntesis de ATP y a su vez mantienen fijas a las subunidades
catalíticas.
complejo enzimático de los eucariontes tiene una estructura muy
elaborada, presenta una composición de 16 subunidades diferentes:
El
F1
a, b, c, α, β, γ, δ, ε, A6L, d, f, F6, e, g, OSCP y un regulador interno o
proteína inhibitoria IF1
El dominio catalítico F1 globular en la enzima mitocondrial es un
conjunto de subunidades con la estequiometría α3β3γ1δ1ε1
Las tres subunidades α y las tres subunidades β están dispuestas
alternativamente alrededor de una α-helice central en la subunidad γ.
Subunidades γ, δ y ε forman un tallo central que une el subcomplejo
(αβ)3 de F1 a la membrana del dominio Fo. ε y γ se encuentran
vinculados a un anillo de subunidades c en el dominio Fo
Esto sugiere que la enzima funciona por un mecanismo que implica la
modulación cíclica de afinidad de nucleótidos en subunidades β
catalíticas.
Tallo
central
F1 y Fo también están conectados por un segundo
elemento, el tallo periférico (estator). Su función no se ha
demostrado, pero puede actuar como un estator para
contrarrestar la tendencia del dominio (αβ)3 para seguir la
rotación del tallo central
Compuesto por una sola copia de las subunidades:
OSCP, b, d, F6 y A6L
ancladas a la subunidad a que se encuentra en el interior
de la membrana. Se observa que la subunidad b es la
principal formadora del tallo periférico. Algunos dominios
de b también forman parte de FO
La proteína OSCP (proteína que confiere sensibilidad al
inhibidor oligomicina) y se encuentra en la parte más alta
de la ATPasa mitocondrial. interactúa con las regiones Nterminales de las subunidades α, que sobresalen de la
"corona" en la parte superior de F1
Las subunidades membranales de la F1F0- ATPasa ( dominio FO) son
principalmente a, b y c (hidrofóbicas).
La subunidad c es un oligómero en forma de cilindro hueco al que se le
adosa la subunidad a y se ancla al rotor (γ, δ, ε) y al eje lateral de la
subunidad b.
a y c transportan los protones formando el “canal de protones” de la F1F0.
La transferencia de protones causa el movimiento de las subunidades ε y γ
El número de subunidades c varía entre 10 y 14, que están dispuestos en
un anillo, con un grupo carboxilo conservado cerca de la mitad de una de
las dos hélices hidrófobas que atraviesan la membrana.
e, d, f, g y A6L son proteínas pequeñas (60 a 110 aa). La función de estas
proteínas, denominadas supernumerarias, no es del todo clara pero se
sabe que son necesarias para el ensamble del dominio F0
Existe un regulador endógeno de la ATP sintasa, evolutivamente exclusivo de eucariotes:
proteína inhibitoria (IF1)
Formada por 84 aa que previene la hidrólisis de ATP en condiciones de bajo potencial
electroquímico.
Se une a la F1 por su extremo amino en una interfase αβ que contiene ADP. Su extremo
carboxilo sobresale del complejo y es capaz de interaccionar con el extremo carboxilo de
otro complejo F1I y formar un dímero de F1I a través de una hélice enrollada del rotor
central o de la subunidad b.
Esta estructura es elástica y puede doblarse y comprimirse, por lo tanto puede realizar
cambios conformacionales.
El sitio responsable de la inhibición lo forman 6 aminoácidos, Phe17, Arg20, Glu21, Arg22,
Glu25 y Phe28; esta región se une a la subunidad β formando el complejo F1-IF1
La estructura de la ATP sintasa de los
mamíferos es más compleja que la ATP sintasa
bacteriana.
Se conservan las subunidades catalíticas, así
como las subunidades que forman el rotor de la
enzima.
La mayor diferencia se encuentra en las
subunidades que componen el estator de la
enzima
y
algunas
subunidades
supernumerarias adicionales (como en levadura
k e i) que se encargan de la dimerización de la
enzima.
Éste está compuesto por una subunidad b, d, y
F6 y OSCP, ésta ultima es homóloga de la
subunidad δ en bacteria.
a) ATP sintasa mitocondrial,
b) ATP sintasa de bacteria
Motor molecular (ATP)
PMF
Energía mecánica = cambio de conformación
Energía química de enlace (ATP)
100 ATP (3 protones)
Síntesis de
ATP
Hidrólisis de
ATP
Deficiencia de la ATP sintasa.
• Los trastornos de la fosforilación oxidativa mitocondrial (OXPHOS) Diversas
enfermedades (tejidos que exigen energía, el sistema nervioso, el músculo
esquelético y el corazón)
• Los defectos genéticos generan mutaciones en el DNA mitocondrial (mtDNA)
como en los genes nucleares.
• Mutaciones en el DNA nuclear se involucran con más frecuencia en enfermedades
pediátricas de deficiencia mitocondrial que las mutaciones del mtDNA.
• Trastornos mendelianos del OXPHOS pueden afectar a todos los complejos de la
cadena respiratoria, sobre todo del complejo I y IV.
• Trastornos de la ATP sintasa se han reportado con menos frecuencia.
Inhibidores de la ATP sintasa.
Oligomicina.
Inhibe la síntesis de ATP, interfiere en el
transporte de protones.
* Se fija en el tallo de la ATP sintasa, inhibiendo
el canal de protones, e impidiendole la reentrada
de protones en la matriz mitocondrial.
* Como los gradientes de pH y eléctricos no se
pueden disipar en presencia de la oligomicina, el
transportador de protones se detiene por la
dificultad para el bombeo de más protones contra
los gradientes.
* Causa una acumulación de protones en el
espacio intermembrana.
Referencias
•
Araceli Cano-Estrada y Diego González-Halphen (2011) F1F0-ATP SINTASA Y SUS DIFERENCIAS
ESTRUCTURALES. UNAM.
•
Itoh H, Takahashi A, Adachi K, Noji H, Yasuda R, Yoshida M, Kinosita K (2004) Mechanically driven ATP synthesis by
F1-ATPase. Nature.
•
Becker WM, Kleinsmith LJ, Hardin J. El mundo de la célula.6a Ed. España: Pearson educació;2007.
•
Alberts B, Bray D, Hopking K, Jonhson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P.Introducción a la biología celular.3a Ed.
México: Médica Panamericana;2011.
Daniela Stock, et. al. The rotary mechanism of ATP synthase. Elsevier. Current Opinion in Structural Biology 2000,
10:672–679.
Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt. Fundamentos de Bioquímica. La vida a nivel molecular. 2ª Edición.
David L. Nelson, Michael M. Cox Lehninger. Principios de Bioquímica. 4ª Edición.
Domínguez-Ramírez, Marietta Tuena de Gómez-Puyou. La F1F0 ATP sintasa: un complejo proteico con gran
versatilidad estructural y functional. Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas, vol. 8, núm. 1, junio,
2005, pp. 18-27, Universidad Nacional Autónoma de México. México.
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