ATPasa

Adenosine triphosphate

Adenosine diphosphate

Adenosina monofosfato

ATPasas (EC 3.6.1.3, Adenosina 5'-TriPhosphatasa, adenilpirofosfatasa, ATP monofosfatasa, trifosfatasa, antígeno T SV40, ATP hidrolasa, complejo V (transporte de electrones mitocondrial), (Ca²⁺ + Mg²⁺)-ATPasa, HCO₃⁻-ATPasa, adenosina trifosfatasa) son una clase de enzimas que catalizan la descomposición de ATP en ADP y un ion de fosfato libre o el reacción inversa Esta reacción de desfosforilación libera energía, que la enzima (en la mayoría de los casos) aprovecha para impulsar otras reacciones químicas que de otro modo no ocurrirían. Este proceso es ampliamente utilizado en todas las formas de vida conocidas.

Algunas de estas enzimas son proteínas integrales de membrana (ancladas dentro de membranas biológicas) y mueven solutos a través de la membrana, generalmente en contra de su gradiente de concentración. Estas se denominan ATPasas transmembrana.

Funciones

Na+/K+ATPase

Las ATPasas transmembrana importan metabolitos necesarios para el metabolismo celular y exportan toxinas, desechos y solutos que pueden dificultar los procesos celulares. Un ejemplo importante es la bomba de sodio-potasio (Na⁺/K⁺ATPasa) que mantiene el potencial de la membrana celular. Otro ejemplo es la ATPasa de hidrógeno y potasio (H⁺/K⁺ATPasa o bomba de protones gástrica) que acidifica el contenido del estómago. La ATPasa se conserva genéticamente en animales; por lo tanto, los cardenólidos, que son esteroides tóxicos producidos por plantas que actúan sobre las ATPasas, producen toxinas animales generales y eficaces que actúan de forma dependiente de la dosis.

Además de los intercambiadores, otras categorías de ATPasa transmembrana incluyen cotransportadores y bombas (sin embargo, algunos intercambiadores también son bombas). Algunos de estos, como la Na⁺/K⁺ATPasa, provocan un flujo neto de carga, pero otros no. Estos se denominan transportadores electrogénicos y transportadores electroneutrales, respectivamente.

"La adenosina trifosfatasa transportadora de cobre (Cu-ATPasa) unida a la membrana, que se une selectivamente a los iones de cobre, transporta los iones de cobre dentro y fuera de las células (Harris et al. 1998)." Fuente: https://www.atsdr.cdc.gov/ToxProfiles/tp132.pdf pág. 73

Estructura

Los motivos de Walker son un motivo de secuencia de proteína revelador para la unión e hidrólisis de nucleótidos. Más allá de esta amplia función, los motivos de Walker se pueden encontrar en casi todas las ATPasas naturales, con la notable excepción de las tirosina quinasas. Los motivos de Walker comúnmente forman una hélice de lámina Beta-vuelta-Alfa que se autoorganiza como un nido (motivo estructural de proteína). Se cree que esto se debe a que las ATPasas modernas evolucionaron a partir de pequeños péptidos de unión a NTP que tenían que autoorganizarse.

El diseño de proteínas ha sido capaz de replicar la función ATPasa (débilmente) sin usar secuencias o estructuras naturales de ATPasa. Es importante destacar que, si bien todas las ATPasas naturales tienen alguna estructura de hoja beta, la "ATPasa alternativa" carece de estructura de hoja beta, lo que demuestra que esta función esencial para la vida es posible con secuencias y estructuras que no se encuentran en la naturaleza.

Mecanismo

La ATPasa (también llamada F₀F₁-ATP sintasa) es un complejo de transferencia de carga que cataliza el ATP para realizar la síntesis de ATP moviendo iones a través de la membrana.

El acoplamiento de la hidrólisis y el transporte de ATP es una reacción química en la que se transporta un número fijo de moléculas de soluto por cada molécula de ATP hidrolizada; para el intercambiador Na⁺/K⁺, son tres iones Na⁺ fuera de la célula y dos iones K+ dentro por molécula de ATP hidrolizada.

Las ATPasas transmembrana utilizan la energía potencial química del ATP mediante la realización de un trabajo mecánico: transportan solutos en la dirección opuesta a su dirección de movimiento termodinámicamente preferida, es decir, desde el lado de la membrana con baja concentración hacia el lado con alta concentración. Este proceso se conoce como transporte activo.

Por ejemplo, la inhibición de las H⁺-ATPasas vesiculares daría como resultado un aumento en el pH dentro de las vesículas y una caída en el pH del citoplasma.

Todas las ATPasas comparten una estructura básica común. Cada ATPasa rotatoria se compone de dos componentes principales: F₀/A₀/V₀ y F₁/ A₁/V₁. Están conectados por 1-3 tallos para mantener la estabilidad, controlar la rotación y evitar que giren en la otra dirección. Un tallo se utiliza para transmitir torque. El número de tallos periféricos depende del tipo de ATPasa: las F-ATPasas tienen uno, las A-ATPasas tienen dos y las V-ATPasas tienen tres. El dominio catalítico F₁ está ubicado en el lado N de la membrana y está involucrado en la síntesis y degradación de ATP y está involucrado en la fosforilación oxidativa. El dominio transmembrana F₀ está implicado en el movimiento de iones a través de la membrana.

La F0F1-ATPasa bacteriana consiste en el dominio F₁ soluble y el dominio F₀ transmembrana, que se compone de varias subunidades con estequiometría variable. Hay dos subunidades, γ y ε, que forman el tallo central y están unidas a F₀. F₀ contiene un oligómero de subunidad c en forma de anillo (c-ring). La subunidad α está cerca de la subunidad b₂ y forma el tallo que conecta las subunidades transmembrana con las subunidades α3β3 y δ. Las F-ATP sintasas son idénticas en apariencia y función excepto por la mitocondrial F₀F₁-ATP sintasa, que contiene 7-9 subunidades adicionales.

El potencial electroquímico es lo que hace que el anillo C gire en el sentido de las agujas del reloj para la síntesis de ATP. Esto hace que el tallo central y el dominio catalítico cambien de forma. Girar el anillo c hace que se formen tres moléculas de ATP, lo que hace que H⁺ se mueva del lado P de la membrana al lado N de la membrana. La rotación en sentido contrario a las agujas del reloj del anillo c es impulsada por la hidrólisis de ATP y los iones se mueven del lado N al lado P, lo que ayuda a desarrollar el potencial electroquímico.

ATP sintasas transmembrana

La ATP sintasa de las mitocondrias y los cloroplastos es una enzima anabólica que aprovecha la energía de un gradiente de protones transmembrana como fuente de energía para agregar un grupo fosfato inorgánico a una molécula de adenosina difosfato (ADP) para formar una molécula de adenosina trifosfato (ATP).

Esta enzima funciona cuando un protón se mueve a favor del gradiente de concentración, lo que le da a la enzima un movimiento giratorio. Este movimiento giratorio único une ADP y P para crear ATP.

La ATP sintasa también puede funcionar a la inversa, es decir, utilizar la energía liberada por la hidrólisis del ATP para bombear protones en contra de su gradiente electroquímico.

Clasificación

Existen diferentes tipos de ATPasas, que pueden diferir en función (síntesis o hidrólisis de ATP), estructura (las ATPasas F, V y A contienen motores rotativos) y en el tipo de iones que transportan.

• Rotary ATPases
  • F-ATPases (F1FO-ATPases) en mitocondria, cloroplastos y membranas plasmáticas bacterianas son los principales productores de ATP, utilizando el gradiente protón generado por la fosforilación oxidativa (mitocondria) o fotosíntesis (cloroplastos).
    • F-ATPases sin una subunidad delta/OSCP mueven iones de sodio en su lugar. Se propone que se llamen N-ATPases, ya que parecen formar un grupo distinto al habitual F-ATPases que los A-ATPases son de V-ATPases.
  • V-ATPases (V1VO-ATPases) se encuentran principalmente en vacuoles eucariotas, catalizando la hidrolisis ATP para transportar solutos y pH inferior en organelas como bomba de protón de lisoso.
  • Los A-ATPases (A1AO-ATPases) se encuentran en Archaea y algunas bacterias extrófilas. Se arreglan como V-ATPases, pero funcionan como F-ATPases principalmente como sintasias ATP.
  • Muchos homólogos que no son necesariamente rotativos existen. Véase ATP synthase § Evolution.
• P-ATPases (E1E2-ATPases) se encuentran en bacterias, hongos y en membranas de plasma eucariotas y organelas, y funcionan para transportar una variedad de iones diferentes a través de las membranas.
• E-ATPases son enzimas de la superficie celular que hidrolizan una gama de NTP, incluyendo ATP extracelular. Ejemplos incluyen ecto-ATPases, CD39s y ecto-ATP/Dases, todos los cuales son miembros de una superfamilia "GDA1 CD39".
• Las proteínas AAA son una familia de NTPas en forma de anillo.

P-ATPasa

Las P-ATPasas (a veces conocidas como ATPasas E1-E2) se encuentran en bacterias y también en membranas plasmáticas y orgánulos eucarióticos. Su nombre se debe al breve tiempo de unión del fosfato inorgánico a los residuos de aspartato en el momento de la activación. La función de la P-ATPasa es transportar una variedad de compuestos diferentes, como iones y fosfolípidos, a través de una membrana utilizando la hidrólisis de ATP para obtener energía. Hay muchas clases diferentes de P-ATPasas, que transportan un tipo específico de ion. Las P-ATPasas pueden estar compuestas por uno o dos polipéptidos y normalmente pueden adoptar dos conformaciones principales, E1 y E2.

Genes humanos

• Transporte Na+/K+: ATP1A1, ATP1A2, ATP1A3, ATP1A4, ATP1B1, ATP1B2, ATP1B3, ATP1B4
• Ca+++ transporte: ATP2A1, ATP2A2, ATP2A3, ATP2B1, ATP2B2, ATP2B3, ATP2B4, ATP2C1, ATP2C2
• Mg++ transporte: ATP3
• H+/K+: intercambio: ATP4A
• H+ transporting, mitocondrial: ATP5A1, ATP5B, ATP5C1, ATP5C2, ATP5D, ATP5E, ATP5F1, ATP5G1, ATP5G2, ATP5G3, ATP5H, ATP5I, ATP5J, ATP5J2, ATP5L2, ATP5L2, ATP5O, ATP5O
• ATP6V1G
• Cu⁺⁺ transporte: ATP7A, ATP7B
• Clase I, tipo 8: ATP8A1, ATP8B1, ATP8B2, ATP8B3, ATP8B4
• Clase II, tipo 9: ATP9A, ATP9B
• Clase V, tipo 10: ATP10A, ATP10B, ATP10D
• Clase VI, tipo 11: ATP11A, ATP11B, ATP11C
• H⁺/K⁺ transporte, no gástrico: ATP12A
• tipo 13: ATP13A1, ATP13A2, ATP13A3, ATP13A4, ATP13A5