Tipos y estructura de las ATPasas2.1. Tipos de ATPasasLas ATPasas cumplen diferentes funciones dependiendo de la clula a la que pertenezcan, pero esta funcin est determinada por la estrcutura de la ATPasa y sus componentes. Existen ATPasas que transportan protones y otras que transportan iones, siempre con consumo de ATP, pero se pueden dividir en tres grandes grupos:

F-ATPasas V-ATPasas P-ATPAsas

1) F-ATPasas Son enzimas muy complejas con ms de ocho subunidades distintas, que estn encargadas de catalizar el paso reversible transmembrana de protones (exclusivamente), impulsado por la hidrlisis de ATP. Esta ATPasa juega un papel importante dentro de los cloroplastos y las mitocondrias, ya que el flujo de protones a favor del gradiente es acompaado por la sntesis de ATP. En este papel, la ATPasa tipo F se denomina de manera ms correcta comomATPsintetasa. Este tipo de ATPasa no forma un intermediario fosforilado durante la hidrlisis del ATP, por lo cual no pueden ser inhibidas por el vanadato. 2) V-ATPasa Es responsable de la acidificacin de compartimientos en muchos organismos, lo que permite el correcto funcionamiento de proteasa y otras enzimas hidrolticas. Por ejemplo, dentro de las vacuolas de las plantas superiores y los hongos el pH se mantiene muy por debajo del del citoplasma circundante por accin de esta ATPasa (cuya denominacin proviene de "vacuola"). Son tambin responsables de la acidificacin de lisosomas, endosomas, complejo de Golgi y vesculas secretoras en clulas animales. No experimentan fosforilacin ni desfosforilacin, por locual tampoco son inhibidas por el vanadato. An no se conoce le mecanismo por el cual acoplan la hidrlisis del ATP al transporte de protones. 3) P-ATPasas La denominacin de esta ATPasa se debe a que forma un intermediario fosforilado al obtener energa del ATP. Todas las ATPasas de tipo P comparten homologa en la secuencia de aminocidos y todas son sensibles a la inhibicin pr el vanadato, que es similar al fosfato y toma su lugar en una de las fases del funcionamineto de la enzima. Este tipo es muy importante por su amplia distribucin y son protenas integrales. Por ejemplo, en las plantas hay una P-ATPasa que bombea protones al exterior de la clula, estableciendo una diferenciad e hasta 2 unidades de pH y 250 mV a travs de la membrana plasmtica, consumiendo un ATP por cada protn transportado. Un ejemplo en clulas animales es la P-ATPasa responsable en el bombeo de protones en la

neurospora y del bombeo de iones H+ y K+ a travs de la membrana plasmtica de clulas que recubren el estmago de los maferos, acidificando su contenido. Aqu se presenta un cuadro con todos los tipos de ATPasas y sus respectivas funciones Ion(es) transportados Organismo Tipo de membrana P-ATPasasNa+K+ Eucariotas superiores Plasmtica Mantiene baja [Na+] y alta [K+] en el interior de la clula. Crea potencial transmembrana Acidifica el contenido del estmago Eliminan protones hacia la matriz extracelular, aumentando el pH del interior Mantiene baja [Ca2+] en el citosol

Papel de la ATPasa

H+K+ H+ H+ Ca2+ Ca2+

Clulas secretoras de cido en mamferos Hongos (Neurospora) Plantas superiores Eucariotas superiores Clulas musculares en animales

Plasmtica Plasmtica Plasmtica Plasmtica

Retculo sarcoplasmtico Secuestra el Ca2+ intracelular manteniendo baja la [Ca2+]

V-ATPasasH+ Animales Vesculas secretoras lisosmicas y endosmicas Vacuolar Vacuolar Crea un bajo pH en el compartimiento activando proteasas y otras enzimas hidrolticas.

H+ H+

Plantas superiores Hongos

F-ATPasasH+ H+ H+ Eucariotas Plantas superiores Procariotas Mitocondrial interna Tilacoides Pasmtica Cataliza la formacin de ATP a partir de ADP + Pi

Dada la importancia de la P-ATPasa, la siguiente seccin sobre la estructura de las ATPasas se centrar principalmente en esta enzima.

2.2. Estructura de las ATPasasLas ATPasas son enzimas muy complejas, conformadas por cadenas de aminocidos muy largas, que pueden ir desde los 600 a los 1200 aminocidos. Estas cadenas de

aminocidos se pliegan para formar la estrcutura tridimensional de la ATPasa, la cual va insertada en la membrana plasmtica a manera de protena integral. Pero el estudio de enzimas de mebrana es muy complicado, dad la dificultad para obtener muestras puras de estas protenas. Por ejemplo, se ha conseguido resolver la estructura de dos protenas de membrana bacterianas (bacteriorrodopsina y centro de reaccin de la fotosntesis), pero no se conoce la estructura atmica de ninguna ATPasa. Para lograr encontra la estructura de las ATPasas, se estn utilizando tcnicas de difraccin de rayos X en cristales tridimensionales de protenas de membrana solubilizadas y la difraccin de electrones en cristales bidimensionales en membranas con alta concentracin de protena. Ests tcnicas proveeran en un futuro cercano la informacin estructural de las distintas conformaciones de las ATPasas. Para esto es necesario al estabilizacin de las ATPasas con ligandos especficos como el vanadato y el Ca2+. Actualmente la nica informacin directa que se posee sobre la estructura de las ATPasas es la secuencia de la cadena de aminocidos que las conforman, deducida de las secuencias de los genescorrespondientes a dichas protenas.

Imagen de una ATPasa obtenida por difraccin de rayos X

Pasaremos ahora a explicar la estructuar conocida de una P-ATPasa, la cual puede contener entre 920 a 950 aminocidos. Esta cadena en su estado #in vivo" se pliega, dando como resultado una conformacin muy compleja. Dentro de las secuencia de aminocidos, se encuentran regiones hidrofbicas, que por ende se ubican en la parte interior de la membrana, junto a las colas hidrofbicas de los fosfolpidos. Estas regiones estn compuestas por unos 17 a 24 residuos, que atraviesan la membrana en forma de -hlice, que corresponde a una estrcutura protenica secundaria. Se postula que de estas regiones, 6 a 12 interactan directamente con la membrana.

Con respectoal plegamiento de la cadena de aminocidos, se acepta que los extremos aminoterminales y carboxiterminales se encuentran en la parte intracelular, por lo cual las regiones transmembranosas dberan ser de nmero par. Existen entonces 4 dominios principales en la ATPasa, el dominio transmembranoso, ya explicado y los dominios kinasa, fosfatasa e inhibidor, que serpan tocados a continuacin. Los dominios kinasa y fosfatasa son los responsables de la obtencin de energa del ATP, cumpliendo funciones complementarias para el ciclo. El dominio kinasa se cree que es responsable de catalizar la formacin del intermediario fosforilado, arrancando el ltimo fosfato (gamma-fosfato) al ATP. La ATPasa entonces se fosforila y el papel del domini fosfatasa es hidrolizar este intermediario para obtener la energa necesaria para empujar a un protn en contra de la gradiente electroqumica. El dominio inhibidor es el extreo carboxiterminal de la ATPasa, que segn su posicin permite o impide la activacin de la enzima. Cuando la enzima estpa activa, este autoinhibidor se desplaza impidiendo que un nuevo ATP sea usado para formar el intermedio fosforilado, hasta que se cumpla el ciclo. A continuacin se muestra una imagen esquemtica de la P-ATPasa con sus dominios: