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Función y estructura de la ATP sintasa ¿Qué es la ATP sintasa?

Publicado el 15 octubre, 2021

¿Qué es la ATP sintasa?

La ATP sintasa es una enzima que sintetiza trifosfato de adenosina (ATP) en la membrana interna mitocondrial. Una enzima es una proteína que ayuda a que se produzcan reacciones bioquímicas. El ATP es la molécula principal que almacena y transfiere energía para impulsar las reacciones bioquímicas. A menudo se le conoce como la “moneda energética” de la célula. Aproximadamente un millón de moléculas de ATP se producen en el cuerpo humano por minuto.

Otra definición de ATP sintasa incluiría que produce el mayor número de ATP sobre cualquier otra enzima o reacción. La mitocondria, menos conocida como mitocondrias ATP (plural), es un orgánulo (una estructura especializada que realiza un trabajo específico dentro de una célula) principalmente responsable de la producción de energía. Esto se debe en gran parte a la producción de ATP dentro de su membrana interna.

La ATP sintasa es una enzima multifuncional. Contiene los siguientes elementos:

  • Un motor molecular eléctrico
  • Una bomba de iones
  • Un motor molecular químico

La enzima trabaja para transportar protones a través de la membrana y convertir el difosfato de adenosina y el fosfato inorgánico en ATP.

Este diagrama de ATP sintasa muestra la enzima que convierte el difosfato de adenosina (ADP) y el fosfato inorgánico en trifosfato de adenosina (ATP).

Diagrama de ATP sintasa que convierte ADP y fosfato inorgánico en ATP.

Ejemplos de ATP sintasa

Las enzimas ATP sintasa se nombran según su función o ubicación:

  • La ATPasa de tipo F es a lo que se refieren la mayoría de los científicos cuando mencionan la ATP sintasa. Lleva el nombre del término “factor de fosforilación”, ya que la ATP sintasa combina fosfato inorgánico con ADP para producir ATP. En otras palabras, el ADP se fosforila para convertirse en ATP. La ATPasa de tipo F está presente en bacterias, mitocondrias eucariotas y cloroplastos. Los eucariotas son organismos vivos (es decir, humanos, otros mamíferos, plantas y hongos) cuyas células contienen orgánulos unidos a la membrana y un núcleo. Los cloroplastos son el lugar donde tiene lugar la fotosíntesis en las plantas.
  • La ATPasa de tipo A se encuentra en las arqueas (procariotas que son similares pero genéticamente diferentes a las bacterias). La ATPasa de tipo A mantiene la misma función que la ATP sintasa de tipo F, pero tienen una estructura diferente.
  • La ATPasa de tipo V se encuentra en las vacuolas eucariotas. Las vacuolas transportan sustancias dentro y fuera de las células animales y proporcionan soporte estructural en las células vegetales.
  • Las ATPasas de tipo P se encuentran en bacterias y eucariotas. Bombean una variedad de iones a través de las membranas intracelulares.
  • Las ATPasas de tipo E son una familia de enzimas que hidrolizan el ATP extracelular. La hidrólisis es un tipo de reacción química que rompe una molécula con el uso de agua.

Estructura de la ATP sintasa

Como se mencionó, la ATP sintasa contiene dos componentes principales:

  • Motor eléctrico F0 : motor rotatorio impulsado por un flujo de protones (en forma de iones de hidrógeno) a través de la membrana mitocondrial interna. Se le llama motor eléctrico porque la acumulación de protones (carga positiva) impulsa su movimiento. Una bomba de iones está conectada a F0 y transporta protones a través de la membrana mitocondrial.
  • Motor químico F1 : Un segundo motor rotatorio en la matriz (dentro de la membrana interna mitocondrial) y unido a F0 por un conector llamado eje. F1 produce ATP. De esta forma, el segundo motor se convierte en generador. F1 se llama motor químico porque convierte la energía química en el trabajo mecánico de producir ATP.
Una porción (F0) de ATP sintasa se encuentra dentro de la membrana mitocondrial interna. La segunda porción (F1) está ubicada en la matriz mitocondrial (dentro de la membrana interna).

Un diagrama del orgánulo mitocondrial.

Funciones de la ATP sintasa

¿Qué hace la ATP sintasa? La función de la ATP sintasa incluye:

  • Sintetizar moléculas de ATP para proporcionar a los organismos una fuente abundante de alta energía.
  • Hidrolizar las moléculas de ATP de nuevo en ADP y fosfato inorgánico cuando la respiración celular se ha visto comprometida. La respiración celular es una serie de vías bioquímicas que producen energía en la célula. Cuando la respiración celular ya no ocurre, la ATP sintasa realiza una reacción inversa para descomponer el ATP.

¿Cómo produce la ATP sintasa ATP? Utiliza un gradiente eléctrico y químico para unir el ADP al fosfato inorgánico, formar un nuevo enlace fosfato-fosfato y liberar ATP como producto final.

Ubicación de ATP Synthase

La ATP sintasa eucariota se encuentra en la membrana mitocondrial interna y en el entorno extracelular. La ATP sintasa en plantas se puede encontrar en mitocondrias, vacuolas y cloroplastos. En las arqueas, la ATP sintasa se encuentra dentro de la membrana plasmática.

Importancia de la ATP sintasa

Debido a que la ATP sintasa es responsable de producir la mayor cantidad de ATP, el cuerpo depende de su función para la mayoría de sus necesidades energéticas. Además, el ATP es un componente crítico en las reacciones más esenciales del cuerpo. El ATP se utiliza para:

  • Señalización intracelular: el ATP permite que las enzimas activen segundos mensajeros como hormonas, neurotransmisores y factores de crecimiento.
  • Síntesis de ácidos nucleicos: se requiere ATP para la síntesis de ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN es el código genético de casi todos los organismos vivos y el ARN es esencial para una variedad de procesos, incluida la síntesis de proteínas.
  • Contracciones musculares: el músculo no se puede contraer sin ATP. Por lo tanto, todo movimiento musculoesquelético sería imposible si la ATP sintasa dejara de funcionar.
  • Propagación del impulso nervioso: el cerebro solo consume aproximadamente el 25% de toda la energía producida en el cuerpo. La mayor parte de esta energía se utiliza para disparar neuronas (células cerebrales) con el fin de enviar y recibir impulsos nerviosos.

Resumen de la lección

La ATP sintasa es una enzima ubicada en las mitocondrias de las células animales y produce trifosfato de adenosina (ATP). El ATP es una molécula de alta energía que se utiliza en muchas reacciones bioquímicas. A menudo se le conoce como la “moneda energética” del cuerpo. En las plantas, la ATP sintasa se encuentra en mitocondrias, vacuolas y cloroplastos. También se puede encontrar dentro de la membrana plasmática de las arqueas. Hay muchos tipos diferentes de enzimas ATP sintasa y se nombran según su función o ubicación.

Hay dos componentes principales de la ATP sintasa:

  • F0 es un motor rotatorio eléctrico ubicado dentro de la matriz mitocondrial con una bomba de iones para transferir protones a través de la membrana celular.
  • F1 es un motor rotativo químico ubicado dentro de la membrana mitocondrial interna (matriz mitocondrial) que produce ATP como producto final.

El ATP se usa para una variedad de reacciones:

  • Activar segundos mensajeros e iniciar la señalización intracelular
  • Producir material genético como ARN y ADN.
  • Proporcionar la energía necesaria para las contracciones musculares.
  • Propagación de impulsos nerviosos para una función neuronal saludable

Debido a su capacidad para producir ATP, la ATP sintasa es una enzima crítica para la capacidad de supervivencia de un organismo.

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