La función de la ATP sintasa:
La vida requiere energía. La moneda biológica universal de energía es la molécula llamada ATP o trifosfato de adenosina. El ATP almacena energía química en la forma de un enlace fosfato de alta energía. Como el nombre sugiere, consiste de un anillo de adenosina con una cadena de tres fosfatos unidos, el último de estos 3 fosfatos puede ser escindido para liberar la energía atrapada en el enlace, resultando en difosfato de adenosina (ADP) y fosfato inorgánico libre (Pi). Esta energía es necesaria para mantener las células vivas y es usada en proceso desde la contracción muscular hasta generar los pensamientos que su cerebro está produciendo ahora mismo.
La hidrólisis del ATP puede ser revertida or la adición de fosfato inorgánico al ADP, sin embargo y por supuesto, esto requiere energía y es realizado por un generador molecular llamado ATP sintasa.
Aquí vemos un modelo atómico de la F1-F0 ATP sintasa embebida en una membrana. Este motor molecular se encuentra en la mitocondria de las células Eucariontes y es responsable de producir la mayoría del ATP.
La mitocondria, la central energética de la la dela células, recicla un aproximado de 60 Kg diarios de ATP in una persona adulta. Una larga cadena de procesos bioquímicos convierten la energía almacenad en el alimento in un gradiente de protones a través de la membrana interna de la mitocondria. Estos protones impulsan una rotación de la turbina dentro de la ATP sintasa, resultando in síntesis de ATP.
Como todo generador, la ATP sintasa consta de dos dispositivos móviles acoplados entre si. Dentro de la membrana tenemos el dispositivo F0, llamado por su sensibilidad al antibiótico Oligomicina y arriba tenemos el dispositivo F1, de Factor 1.
El Dispositivo FO está energizado por los protones y se piensa que los protones entran por un canal, abierto al espacio interrmembranal, se unen a un anillo de subunidades de proteína, recorren un círculo de 360º y salen por otro canal expuesto solo a la matriz mitocondrial. El flujo neto de protones es posible gracias al gradiente electroquímico de protones o fuerza protón-motriz y provee energía para la rotación del generador. El torque impuesto en FO es transferido a F1 por un tallo central o EJE. El dispositivo F1 es responsable de generar el ATP por adición de fosfato el ADP. La parte alta del tallo central actúa como un excéntrico que conforme rota dentro de F1 causa cambios conformacionales de las subunidades catalíticas.
La subunidad catalítica está compuesta de un dímero de subunidades y hay tres de estas arregladas en un anillo. La catálisis ocurre en la interfase entre cada dímero. Si nos enfocamos en un dímero podemos observar tres estados distintos. Primero ADP y Pi se unen al sitio activo, el eje central rota 120º y causa el reacomodo de las moléculas. En seguida el eje sufre una rotación de 120º adicionales y el ADP y fosfato se condensan para formar el ATP. El eje rota una vez más para completar 360º y regresar a la posición en la que el ATP es liberado y el sitio queda disponible para unir otro ADP y fosfato.
Un aspecto clave es que las subunidades catalíticas deben permanecer estacionarias con respecto al eje central rotatorio. Esto es posible gracias a un andamiaje en el constado externo del complejo conocido como el tallo periférico. Estudios recientes han demostrado que contra la visón inicial de un armazón estático, el tallo periférico es dinámico y se adapta para acomodar los cambios requeridos para la función más eficiente de la enzima.
Observando la máquina en su ambiente natural por criotomografía electrónica de las mitocondrias intactas, se ha identificado que la ATP sintasa se dimeriza para moldear la membrana interna de la mitocondria sosteniendo la forma clásica de las crestas mitocondriales. Esto enfoca el gradiente de protones cerca de la ATP sintasa y genera una "superestructura turbocargada".