ATP sintase
ATP sintase
Estrutura da ATP sintase estabelecida por cristalografia de raios-X .
| EC No. | EC |
|---|---|
| Número CAS |
| IUBMB | Entrada IUBMB |
|---|---|
| IntEnz | Vista IntEnz |
| BRENDA | Entrada BRENDA |
| KEGG | Entrada KEGG |
| MetaCyc | Via metabólica |
| PRIAM | Perfil |
| PDB | Estruturas |
| VAI | AmiGO / EGO |
A ATP sintase ( EC 7.1.2.2) é um complexo enzimático-proteico encontrado nas cristas mitocondriais , nos tilacóides da membrana e na membrana plasmática de bactérias e arquéias . O papel dessa proteína de membrana é sintetizar adenosina trifosfato (ATP) a partir do gradiente eletroquímico de prótons mantido pela cadeia respiratória e adenosina difosfato (ADP), além de fosfato inorgânico (P i ), dependendo da reação a seguir:
ADP + P i → ATP .As sintases de ATP, às vezes chamadas de “esferas em pedúnculo”, constituem 15% da massa proteica da membrana mitocondrial. Eles podem ser considerados como verdadeiras turbinas moleculares (ou motores). Eles são essenciais para a vida dos organismos porque o ATP produzido constitui a “moeda de energia” das células.
Estrutura
A ATP sintase é composta por duas partes principais: uma polar e embutida na membrana apolar, denotada F O (para "Fração de Oligomicina "), a outra globular e em contato com a matriz mitocondrial ou o estroma (dentro do cloroplasto), denotada F 1 (para “Fração 1”). F O é móvel no plano da membrana e pode girar em torno de um eixo formado por algumas das subunidades de F 1 , daí sua qualificação de “rotor”. F O compreende um número variável de sub-unidades de membrana c (entre 10 e 15) que transporta aspartato amino ácidos (Asp) tendo a particularidade de ser carregado negativamente, bem como o γ e subunidades £. Em que as subunidades são carregados e c é desfavorável para a rotação F ó . Em contraste, F 1 é qualificado como um “estator” e compreende três subunidades β catalíticas responsáveis pela síntese de ATP, três subunidades α estruturais, bem como as subunidades ε, γ e δ.
A ATP sintase mitocondrial pode se combinar em dímeros ou mesmo oligômeros, causando uma leve deformação da membrana interna . Este fenômeno seria responsável pela formação e / ou manutenção das cristas .
Síntese
A síntese de ATP depende da conversão de energia, por meio de mudanças conformacionais de subunidades.
Um gradiente de prótons em cada lado da membrana em que as ATP-sintases são inseridas é necessário para sua operação, o que implica que a síntese de ATP não pode ocorrer independentemente de uma membrana. Dentro da membrana mitocondrial interna, é a cadeia respiratória que fornece o gradiente de pH ao injetar prótons no espaço intermembranar durante a transferência de elétrons de um complexo para outro. No nível da membrana tilacóide , é a cadeia fotossintética que injeta prótons no lúmen .
Os prótons então seguem o gradiente eletroquímico (polaridade da membrana somada à diferença de concentração) e cruzam a bicamada lipídica no nível dos rotores F O , que são praticamente os únicos pontos de cruzamento. Esse fluxo provoca a rotação de F O , rotação decorrente da neutralização pelos prótons das cargas transportadas pelas asparaginas, o que leva a alterações na conformação das subunidades de F 1 . Há, portanto, uma conversão do gradiente eletroquímico de energia osmótica em energia de transformação mecânica.
As subunidades β em particular têm três conformações sucessivas: “solto (L), apertado (S), aberto (O)” nessa ordem. Cada um dos três β está em uma dessas três posições, que possuem uma ligação direta com a ligação, transformação e liberação dos reagentes de síntese do ATP.
Na conformação L, o sítio catalítico de β tem alta afinidade para ADP e ortofosfato inorgânico P i , o que causa sua fixação.
Na conformação S, o sítio ativo se aperta sobre os substratos e os condensa em ATP, pelo qual possui uma afinidade muito alta: a energia mecânica de contração do sítio ativo causa a formação de uma ligação éster fosfórico entre o ADP e o P i . A hidrólise dessa ligação é muito exergônica e pode ser acoplada a um grande número de reações endergônicas dentro da célula. Isso é conhecido como um alto potencial de hidrólise. A mudança na entalpia livre durante a reação de hidrólise de ATP em ADP é ΔG = -51,8 kJ / mol em condições celulares. O ATP é, por isso, uma molécula rica em energia química (hidrólise), mas que em caso algum pode ser considerada uma reserva de energia (a meia-vida do ATP é da ordem de um minuto). O par ADP / ATP pode, no entanto, ser comparado a uma bateria química, recarregada por fosforilação do ADP
A conformação O, por fim, com um relaxamento relativo do sítio ativo, portanto menor compatibilidade tridimensional com a molécula de ATP, permite que esta seja liberada no meio em contato com F 1 , seja o estroma ou a matriz mitocondrial .
Falamos sobre catálise rotacional . Aqui, a energia osmótica é convertida em energia mecânica, ela própria usada para recarregar ATP em energia química, que é, além disso, o único organofosfato que pode ser recarregado por tal acoplamento osmoquímico, o que lhe dá importância primária ordem dentro da célula.
Tornando-se ATP
Dentro do cloroplasto, o ATP liberado no estroma permanece lá até que seja usado pelas enzimas plastidiais. O cloroplasto não supre as necessidades de ATP da célula. Porém, o ATP produzido na matriz mitocondrial pode atingir o hialoplasma (ou seja, sair da mitocôndria) e ser utilizado para o metabolismo celular. Por exemplo, sua hidrólise pode ser usada para estabelecer gradientes (ver bombas de íons ATP-asic), para mover nanomotores dependentes de ATP (como cinesina , dineína , miosina, etc.), ou mais simplesmente para ser acoplado a reações endergônicas muito variadas . O ATP é a única forma de energia química conversível em energia osmótica e mecânica, o que aumenta ainda mais sua importância.
Notas e referências
- A oligomicina é um antibiótico, um inibidor da ATP sintase, que tem como alvo a subunidade F O
- Laure Jimenez, Localização da ATP sintase mitocondrial e reorganização da rede mitocondrial quiescente. , Universidade de Bordéus,2014, 149 p. ( leia online ) , "ATP sintase pode se reunir na forma dimérica e oligomérica, por meio das pequenas subunidades de Fo: e, g, k, 4 e h. Dímeros de ATP sintase adotam uma conformação em" V ", cujo ângulo varia entre 40 e 142 °. O ângulo formado entre os dois monômeros causaria localmente uma dobra ao nível da membrana. Esta seria a deformação local da membrana imposta pelo ângulo formado pelos dímeros da ATP sintase que seriam responsáveis pela formação e / ou manutenção de cristas mitocondriais. De acordo com esta hipótese, os oligômeros da ATP sintase foram descritos como sendo principalmente localizados ao nível das margens das cristas mitocondriais, onde a membrana é fortemente curva "(página 19)