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RESUMEN ATP SINTASA

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Academic year: 2020

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(1)

ATP SINTASA

Académico:

Manuel Gutiérrez

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA

UNIDAD CUAJIMALPA

UEA: FISIOLOGIA MOLECULAR

Alumnas:

B. Ximena Olivares Guadarrama

Liliana Moctezuma Cruz

Joselyn Alfaro

Tania G. Rojas Pérez

(2)

Introducción

Estructura y ubicación

Mecanismo de acoplamiento

reversible

Deficiencia e inhibición de ATP

sintasa

(3)

• 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

F1F0-ATPasa.

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 F

1

y F

0

.

(4)

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

(5)

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.

(6)

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.

• 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.

F1

(7)

El

complejo enzimático de los eucariontes tiene una estructura muy

elaborada, presenta una composición de 16 subunidades diferentes:

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.

F1

(8)

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

(9)

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

(10)

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.

(11)

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

(12)

Motor molecular (ATP)

PMF Energía mecánica = cambio de conformación

Energía química de enlace (ATP)

(13)

Síntesis de

ATP

(14)
(15)
(16)

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.

(17)

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.

(18)

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

Referencias

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