ATP-azele sunt o clasă de enzime care catalizează descompunerea ATP (adenozin trifosfat) în ADP (adenozin difosfat) și o grupare fosfat liberă, reacție de defosforilare ce este însoțită de o eliberare de energie. Această eliberare se produce deoarece legăturile dintre grupările fosfat și adenozina ce compun molecula de ATP sunt într-o stare energetică ridicată, iar ruperea lor prin hidroliză face trecerea de la această stare energetică ridicată la una inferioară prin eliberare de energie.

Producerea de ATP presupune procesul invers celui tocmai descris, problema fiind că trecerea de la starea de energie scăzută la cea ridicată înseamnă că trebuie sa fie energie „cheltuită”, în care ADP este legat la o grupare fosfat liberă. Acest lucru se face printr-un mecanism complex, localizat la nivelul membranei interne mitocondriale.

După cum bine știți, mitocondria este un organit celular, implicat în respirația celulară și în sinteza de energie, alcătuit din două membrane, externă și internă, separate printr-un spațiu intermembranar, interiorul organitului fiind numit matrice. Sintetizatorul de ATP F0-F1 este o proteină multi-subunitară ce se află pe membrana internă, unde subcomponenta F0 este situată în membrană și are rol de rotor și canal ce transportă protoni/cationi de H+ din spațiul intermembranar în matrice. Aceasta este compusă din 10 subunități c, ce formează rotorul, o subunitate a, cu rol de canal de ioni de H+, și 2 subunități b, ce se extind din interiorul membranei până la subcomponenta F1 pentru a o stabiliza prin legătura cu subunitatea δ (delta) a acesteia.

Subcomponenta F1 se află în matrice, are rol de catalizator al sintetizării de ATP, și este formată din 3 câte subunități dimerice α (alfa) și β (beta), un ax reprezentat de subunitatea γ (gamma), și o subunitate Ɛ (epsilon), ce sunt conectate la subunitățile c ale subcomponentei F0. Axul are rolul modificării conformaționale ale subunităților alfa-beta.

Modul de funcționare al sintetizatorului este prin trecerea a 3 ioni H+ prin subunitatea a1, ionii legându-se de subunitățile c, fiecare ion ducând la o rotație de 120º (în total 360º, o rotație completă). Aceștia trec apoi prin a2 în matrice, unde ADP si un grup fosfat sunt legați. Acest lucru determină ca axul să se rotească in centrul subunităților dimerice, conducând la modificări conformaționale.

Pe membrana internă a mitocondriei există de asemenea 4 complexe enzimatice, cu rol de donori și acceptori de electroni, implicate într-un proces numit lanțul transportor de electroni. Fiecare donor de electroni va transfera electronii unui acceptor mai electronegativ, care la rândul său va transfera electronii pe următorul acceptor, iar procesul continuă până la acceptorul final cel mai electronegativ. În cadrul acestui proces sunt transportați electroni de la complexul I la IV, complexele I, III și IV transportând pe rând protoni (H+) din matrice în spațiul intermembranar, producând un gradient electrochimic. În acest proces sunt importante două coenzime: NADH și FADH2, care suferă procese de oxidare. NADH, atunci când se leagă de complexul I, pierde 2 electroni și un proton, acest lucru conducând la transportul a 4 protoni. Acești 2 electroni ajung la complexul II, apoi III, și duc la transportul altor 4 protoni, urmând ca cei 2 electroni să ajungă la complexul IV, și la transportul altor 2 protoni. În urma acestui transport al electronilor între donor și acceptor se eliberează energie, iar energia va fi utilizată pentru generarea unui gradient de protoni de o parte și de alta a membranei mitocondriale (se produce o cantitate mai mare de cationi în spațiul intermembranar față de matrice). Procesul poartă numele de fosforilare oxidativă, iar ADP-ul este fosforilat la ATP folosindu-se energia generată în lanț.

Bibliografie

  1. Lippe, G., Coluccino, G., Zancani, M., Baratta, W., & Crusiz, P. (2019). Mitochondrial F-ATP Synthase and Its Transition into an Energy-Dissipating Molecular Machine. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2019, 8743257. https://doi.org/10.1155/2019/8743257
  2. Kumari, A. (2018). Electron Transport Chain. În Sweet Biochemistry (pp. 13–16). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814453-4.00003-0

EU e-Privacy Directive

Departamentul de Anatomie, fiziologie animala si biofizica

Prof. dr. Dan Florin Mihailescu (director de  departament)

Prof. dr. Alexandru  Babes

Prof. dr. Speranta Avram

Prof. dr. Violeta Ristoiu

Prof. dr. Beatrice Mihaela Radu

Conf. dr. Mihaela Marcu Lapadat

Conf. dr. Dana Cucu

FP

Conf. dr. Florentina Pluteanu

Lect. dr. Doru Gabor

TS photo

Lect. dr. Tudor Selescu

Lect. dr. Cristina Matanie

Alexandru Deftu

Asist.dr. Alexandru Deftu

roxana

Asist.dr. Roxana Gheorghe

Cornelia Dragomir

Geanina Haralambie

Liliana Stamatin

Cristina

PozaAcademieLuiza

Prof. dr. Maria Luiza Flonta (profesor emerit)