Molecola del Mese di David S. Goodsell Trad. di Mauro Tonellato

ATP Sintasi

Indice 2005

ATP Sintasi
L'ATP sintasi è una delle meraviglie del mondo molecolare. L'ATP sintasi è un enzima, un motore molecolare, una pompa ionica, ed un altro motore molecolare tutti legati insieme in una macchina incredibile dalle dimensioni nanometriche. Ha un ruolo indispensabile nelle nostre cellule dato che sintetizza la maggior parte dell'ATP che dà energia ai processi cellulari. Il meccanismo col quale agisce è davvero sorprendente.

Motori rotanti
La sintesi di ATP viene realizzata da due motori rotanti, ognuno alimentato da un combustibile diverso. Il primo motore, chiamato F0, si trova in alto nella figura ed è spinto da protoni (ioni idrogeno). È immerso nella membrana cellulare (mostrata schematicamente come una striscia grigia), ed è spinto dal flusso dei protoni che attraversano la membrana. Quando i protoni fluiscono attraverso il motore, fanno girare il rotore circolare (mostrato in blu e azzurro). Questo rotore è connesso al secondo motore, chiamato F1, che invece è spinto da ATP. I due motori sono connessi insieme da uno statore, mostrato sulla destra, così che quando F0 gira, anche F1 deve girare.

Da Motore a Generatore
Perché avere due motori connessi insieme? Il motivo è che un motore può costringere l'altro a girare, ed in questo modo lo trasforma da motore a generatore. Questo è quello che accade nelle nostre cellule: il motore F0 usa l'energia di un gradiente di protoni per costringere il motore F1 a generare ATP. Nelle nostre cellule, il cibo viene degradato e usato per creare un grande eccesso di ioni idrogeno nello spazio intermembrana dei mitocondri. La subunità F0 dell'ATP sintasi permette a questi ioni di rientrare nello spazio più interno del mitocondrio, facendo girare il rotore in questo processo. Quando il rotore gira, fa girare l'asse e con questa il motore F1 che così diviene un generatore, creando ATP mentre gira.

Parti Diverse
Le macchine molecolari grandi e complesse come ATP sintasi pongono problemi di difficile soluzione per gli scienziati strutturali, così la loro struttura viene spesso determinata per parti. La figura mostrata qui a lato in realtà è una composizione formata di quattro strutture diverse, alcune determinate con la cristallografia a raggi X, altre con la spettroscopia NMR. Il motore F0 è incluso nel file PDB 1c17. Il motore F1 e l'asse che connette i due motori sono nel file PDB 1e79. Lo statore si è dimostrato la parte più elusiva. I due pezzi mostrati qui sono nei file PDB 2a7u e 1l2p.

Per informazioni sull'ATP sintasi dal punto di vista della genomica, consultate la Proteina del Mese all'Istituto Europeo di Bioinformatica.

Avanti: Esplorando la Struttura di F1