Principios bioenergeticos

Principios de bioenergética La bioenergética o termodinámica bioquímica, es el estudio de los cambios de energía que acompañan a las reacciones bioquímicas. Proporciona los principios que explican porque algunas reacciones pueden producirse en tanto que otras no. Los sistemas no biológicos pueden utilizar la energía calorífica para realizar trabajo, pero los sistemas biológicos son isotérmicos (glosario) y emplean la energía química para impulsar los procesos vitales. La energía química de un compuesto está representada por el movimiento y posición relativa de los átomos y partículas componentes; por los enlaces y atracciones y a menudo el contenido energético de las moléculas involucradas disminuye o aumenta. El curso de cualquier reacción química es determinado por el contenido de energía del sistema en consideración y por el intercambio de energía libre entre el y su entorno. Medir el contenido de energía de un sistema puede ser difícil, en cambio resulta más fácil determinar el cambio de energía producido entre los estados inicial y final. La forma más común de energía es el calor (glosario). Prácticamente todos los procesos químicos son acompañados por consumo o producción de calor. En el primer caso se denominan endotérmicos, en el segundo, exotérmicos. Energía libre En todo ser vivo, las reacciones químicas se realizan en condiciones de temperatura y presión constantes. Sólo una fracción de la energía liberada en los procesos bioquímicos es disponible para realizar trabajo de algún tipo, es la llamada energía libre. Para explicarlo mejor, es necesario definir las leyes de la termodinámica, ya que los seres vivos cumplen con dichas leyes. La primera establece que la energía total de un sistema, más la de su entorno, permanece constante. Implica que durante cualquier cambio dentro del sistema completo, la energía no se pierde ni se gana. Sin embargo, puede transferirse de una parte a otra o puede ser transformada a otra forma de energía. La segunda ley establece que si un proceso ocurre espontáneamente, la entropía (glosario) total de un sistema debe aumentar. La entropía representa la extensión del desorden y se torna máxima en un sistema cuando este se aproxima al equilibrio verdadero. Representa la energía degradada, no utilizable para realizar trabajo. En condiciones de temperatura y presión constantes, la relación entre el cambio de energía libre (ΔG) de un sistema y el cambio de la entropía (ΔS) está dada por la ecuación que combina las dos leyes de la termodinámica. Donde ΔH es el cambio de entalpía (glosario) (calor) y T es la temperatura absoluta (°K). ENERGÍA LIBRE DE CAMBIO ESTÁNDAR (ΔG0') Se define ΔG0' como la energía libre de cambio estándar. Para una reacción: A + B ⇌ C + D. La relación entre los productos y los reactivos viene dada por keq' (=keq a pH 7,0): La relación entre ΔG0' y keq' es: ΔG0' = - R T ln keq' = - R T 2.030 log10 keq' Donde: R = 8.315 [J mol-1 K-1] (la constante molar de los gases) T = temperatura [K] 22536151314450En condiciones estándar, cuando reactivos y productos se encuentran presentes inicialmente a concentración 1 M, a 1 atm de presión y una 1 M o pH 0, el cambio de energía libre estándar se define como ΔG°. Se ha cambiado esta expresión y definido la energía libre estándar a pH 7,0 ( M), que es el pH al cual tienen lugar la mayor parte de reacciones biológicas. En estas condiciones la variación de energía libre se expresa en forma ΔG°’ y la constante de equilibrio como Keq. Dado que en el equilibrio ΔG = 0, se define la siguiente expresión: en donde R es la constante de los gases, cuyo valor es R = 8.134Jmol − 1K − 1, dependiendo de si la variación de energía libre resultante se expresa en calorías (cal) o julios (J) por mol; y T es la temperatura absoluta en Kelvin (°K). De ahí que, si se puede determinar la constante de equilibrio de una reacción, también puede calcularse su variación de energía libre estándar (ΔG°’). Cuando la constante de equilibrio se halla por debajo de la unidad, la reacción es endergónica y ΔG°’ es positiva. Cuando la constante de equilibrio es mayor que 1, la reacción es exergónica y ΔG°’ es negativa. La energía libre estándar de un compuesto constituye la medida de la cantidad total de energía libre que puede proporcionar por descomposición completa. Es importante comprender la diferencia que hay entre ΔGº, que es la variación de energía libre estándar, y ΔG que es la variación de energía libre medida o real. Esta diferencia puede explicarse mejor utilizando una analogía. ΔGº es un valor constante para una determinada reacción a una temperatura también determinada. Por otra parte, ΔG varía con las concentraciones de los reaccionantes y de los productos. El valor de ΔGº únicamente es igual al de ΔG cuando todos los reactivos y todos los productos están presentes a concentración 1,0M. El valor de ΔG es el que determina si una reacción química ocurrirá en la dirección escrita, partiendo de unas concentraciones de reaccionantes determinadas. Tal como ya se ha dicho, la ΔG°’ de una reacción define el trabajo disponible en una reacción cuando sustratos y productos están presentes a concentración 1 M. Dicha situación no se da en las células, ya que los compuestos raramente se encuentran a concentración 1M. De ahí que una expresión relacionada con las concentraciones intracelulares reales de sustratos y productos pueda proporcionar datos sobre el trabajo disponible en una reacción. La expresión para obtener ΔG a cualquier concentración de sustrato o producto incluye la variación de energía libre para que una concentración 1 M de sustrato y de producto alcancen el equilibrio (ΔG°’) y la variación de energía para alcanzar una concentración 1 M de sustratos y productos: Recuérdese que una reacción química solamente ocurrirá si ΔG es negativo, es decir, si la energía libre del sistema disminuye. Las reacciones químicas con un ΔGº negativo reciben el nombre de exergónicas; se realizan espontáneamente en la dirección en que están escritas. Si recordamos el ejemplo de los bloques: Las reacciones con un cambio de energía libre estándar positivo reciben el nombre de endergónicas o endotérmicas, no se realizan de modo espontáneo en la dirección en que se escriben. Volviendo al ejemplo: Ahora podemos exponer un ejemplo de la _Gº a partir de la siguiente reacción: Puesto que ΔGº es negativo, la conversión de glucosa_1_fosfato en glucosa_6_fosfato es exergónico. El análisis químico muestra que parte de una concentración 0,020 M de glucosa_1_fosfato con un exceso de enzima y permitimos que la reacción ocurra en sentido directo, o si partimos de la concentración 0,020 M de glucosa_6_fosfato y la reacción transcurre en sentido inverso, las concentraciones de la mezcla final en equilibrio son, en ambos casos, 0.001 M de glucosa_1_fosfato y 0,019 de glucosa _6_ fosfato a 25º C y pH 7,0. Hay dos tipos de reacciones que tienen lugar con disminuciones especialmente grandes de ΔGº, son la hidrólisis de los anhídridos y las reacciones de oxidación. ΔGº de la hidrólisis del ATP El camino más sencillo para determinar ΔGº para la reacción: es determinar la constante de equilibrio y calcular _Gº empleando la relación dada por la ecuación: La medida directa de la constante de equilibrio de la hidrólisis del ATP no es práctico. Una de las razones, y la más importante, es que los métodos analíticos que se disponen no son lo suficientemente precisos o sensibles para determinar con exactitud las concentraciones de equilibrio de ATP, ADP y el ión fosfato, porque en el estado de equilibrio el ATP se encuentra casi completamente hidrolizado en ADP y en ión fosfato. En realidad, esto constituye un problema serio para muchas reacciones que poseen grandes valores negativos de ΔGº. Para poder medir el ΔGº de la hidrólisis del ATP, se descompone en cierto número de etapas menores, las cuáles pueden medirse más fácilmente. Veremos un ejemplo: en primer lugar, se deja reaccionar al ATP con la glucosa, en presencia de hexoquinasa para formar ADP y glucosa_6_fosfato. Se mide la constante de equilibrio, y a partir de ella se calcula ΔGº. Se continúa después con la medida de la K'eq y la ΔGº de la reacción de hidrólisis de la glucosa_6_ fosfato catalizada por una fosfatasa. La suma de las reacciones (11) y (12) es la ecuación de hidrólisis del ATP. Puesto que los valores de ΔGº de las dos reacciones son aditivas, la ΔGº de la hidrólisis del ATP puede calcularse a partir de ellos: ΔGº = ΔGº + ΔGº = - 4.00 + (-3.30) = - 7.30kcal ATP 1 2 Es importante hacer notar que este valor está basado en que pH = 7,0; T = 37º C, en presencia de exceso de ion Mg++ y concentraciones 1,0 M de los reaccionantes y de los productos. El grupo fosfato terminal del ADP también posee una _Gº de hidrólisis relativamente grande. Es igual a -7,30 kcal. ADP + H2O AMP + Pi ΔGº= -7.3 kcal Sin embargo el único grupo fosfato del AMP tiene un valor mucho menor: AMP + H2O adenosina + Pi _Gº= -3.40 kcal Lo que sucede es que los enlaces entre grupos fosfatos adyacentes son enlaces del tipo de anhídrido, mientras que el enlace entre el fosfato y la ribosa en el AMP es un enlace éster. Principios de las Reacciones de Reducción/Oxidación (Redox) Las reacciones Redox involucran la transferencia de electrones desde una especie química a otra. La forma oxidada mas la forma reducida de cada especie química se llama mitad de célula electroquímica. Dos mitades de célula que tienen al menos un intermediario común comprenden una reacción redox acoplada completa. Si una mitad de la célula está lejos de un equilibrio electroquímico, su tendencia a conseguir equilibrio (i.e. ganar o perder electrones) puede utilizarse para alterar la posición de equilibrio de la mitad de la célula acoplada. Un ejemplo de una reacción redox acoplada es la oxidación del NADH por la cadena de transporte de electrones. NADH + ½O2 + H+ ——> NAD+ + H2O El potencial termodinámico de una reacción química se calcula a partir de las constantes de equilibrio y las concentraciones de los reactantes y productos. Debido a que no es practico medir directamente las concentraciones de los electrones, el potencial energético de electrones de un sistema redox se determina a partir del potencial eléctrico o voltaje de la mitad de las células individuales, en relación a una mitad de célula estándar. Cuando los reactantes y productos de una mitad de célula están en su estado estándar y el voltaje se determina en relación al estándar de una mitad de célula de hidrogeno (cuyo voltaje por convención es cero), el potencial que se observa se define como el potencial electrodo estándar, E0. Si el pH de una célula estándar esta en el rango fisiológico, pH7, su potencial se define como el potencial electrodo biológico estándar y se designa E0'. Por convención los potenciales electrodo estándar se escriben como potenciales para reacciones de reducción de mitad de células. La energía libre de una reacción típica se calcula directamente a partir de su E0' por la ecuación de Nermst como se indica luego, en donde n es el número de electrones involucrados en la reacción y F es la constante de Faraday (23.06kcal/mol o 94.4kJ/volt/mol): ΔG0' = –nFΔE0' Para la oxidación del NADH, el potencial de reducción biológica estándar es –52.6 kcal/mol. Con un cambio de energía libre de –52.6 kcal/mol, esta claro que la oxidación del NADH tiene el potencial para dirigir la síntesis de un número de ATPs ya que la energía libre estándar para la reacción que sigue es +7.3 kcal/mol: ADP + Pi ——> ATP Clásicamente, la descripción de la síntesis de ATP por oxidación de transportadores de electrones reducidos indicaban que 3 moles de ATP podrían generarse por cada mole de NADH y dos moles por cada mol de FADH2. Sin embargo, análisis químicos directos han indicado que por cada dos electrones que se transfieren desde el NADH al oxigeno, se sintetizan 2.5 equivalentes de ATP y 1.5 por FADH2. Procesos irreversibles ΔG° es la diferencia entre el contenido de energía libre de los productos y el contenido de energía libre de los reactivos en condiciones estándar. Si ΔG° es de signo negativo, los productos tienen menos energía libre que los reactivos, por lo tanto, la reacción procede en forma espontánea con pérdida de energía libre, es decir, es exergónica. Si, además ΔG es de gran magnitud, la reacción se dirige a su consumación y es esencialmente irreversible. Si ΔG es positivo, significa que los productos de la reacción contienen más energía libre que los reactivos, por lo tanto la reacción solo procede si puede ganarse energía, es decir es endergónica. La siguiente tabla, muestra las variaciones de energía libre estándar de varias reacciones químicas representativas: Tipo de ReacciónΔG (Kcal/mol)Reacciones de hidrólisisATP + Agua = ADP + PiGlucosa-6-P + agua  Glucosa + Pi - 7,3- 3,3Oxidación con oxígeno molecularGlucosa + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O Ácido Palmítico + 23 O2 = 16 CO2 + 16 H2O -686-2338 Reacciones acopladas En los organismos vivos, las reacciones exergónicas y endergónicas se encuentran acopladas entre sí. Los vías catabólicas (exergónicas) producen energía útil que es aprovechada para la síntesis de ATP (endergónico). Este se descompone (exergónico) y la energía libre puede ser empleada en los procesos anabólicos o también en otras formas de trabajo. Por lo tanto el ATP constituye el intermediario común en los procesos de intercambio de energía, tanto sean éstos exergónicos o endergónicos. Excepcionalmente, esta función puede ser cumplida por otros nucleótidos trifosfatos. Papel central del ATP en el metabolismo energético Los procesos endergónicos en seres vivos serían inviables, desde el punto de vista termodinámico, si no existiese aporte de energía. En los organismos animales, los procesos de síntesis se efectúan a través de etapas en las cuales los reactivos son activados por aportes de energía cedida por compuestos de alto contenido energético. Hay gran número de compuestos ricos en energía, se caracterizan por poseer enlaces cuya ruptura produce una disminución importante de energía libre. Cuando estos compuestos participan en reacciones, el cambio de energía libre negativo hace posible la ocurrencia simultánea de reacciones endergónicas. Se considera de alta energía una unión química cuando el cambio de energía libre de la reacción que involucra a esa unión es mayor de –5 kcal/mol. La siguiente tabla presenta ejemplos de compuestos ricos en energía, muchos de ellos contienen fosfatos: EnlaceEjemplosΔG° (Kcal/mol)Ester FosfóricoAMP-2,2AmidaGlutamina, péptidos y proteínas-2,2Anhídrido de ácidoATPADP-7,3-7,3TioésterAcetil coenzima A-8,2Guanidín fosfatoFosfato de creatina-10,3 GLUCOLISIS Y PRINCIPIO BIOENERGETICO.- DIFERENTES CANTIDADES DE MOLECULAS DE ENERGIA PRODUCIDAS EN CADA REACCION GLUCOLITICA Cambio de energía libre de Gibbs Rxn# Enzima  G'o kJ mol -1  G' kJ mol -1 1 hexoquinasa -16.7 -33.5 2 fosfoglucoisomerasa + 1.7 - 2.5 3 fosfofructoquinasa -14.2 -22.2 4 aldolasa +23.9 - 1.3 5 triosa fosfato isomerasa + 7.6 + 2.5 6 gliceraldehído-3-P deshidrogenasa +12.6 - 3.4 7 fosfoglicerato quinasa -37.6 + 2.6 8 fosfoglicerato mutasa + 8.8 + 1.6 9 enolasa + 3.4 - 6.6 10 piruvato quinasa -62.8 -33.4 Degradación GLUCOSA: glicólisis (balance de reacciones): Glucosa + ATP4-glucosa 6 P 2-fructosa 6 P 2- + ATP 4-FBP 4-DHAP 2-2 GAP2- + 2 Pi 2- + 2 NAD+2 1,3 BPG 4- + 2 ADP 3-2 3 PG 3-2 2 PG 3-2 PEP 3- + 2 ADP 3- + 2 H+ ========== glucosa 6 P 2- + ADP3- + H+fructosa 6 P 2-fructosa 1,6 bis P 4- + ADP 3- + H+GAP 2- + DHAP 2-GAP 2-2 1,3 BPG4- + 2 NADH + 2 H+2 3 PG 3- + 2 ATP 4-2 2 PG 3-2 PEP 3- + 2 H2O2 Pir - + 2 ATP 4- Glu + 2 NAD+ + 2 Pi 2- + 2 ADP 3-= 2 Pir - + 2 ATP 4- + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O ANALISIS DE LA REACCION ENERGETICA DE LA GLUCOLISIS La glucólisis es catalizada por la acción de un grupo de 10 enzimas. Se cree que están localizadas en la porción soluble del citoplasma. Se pueden considerar dos etapas o fases. En la primera fase la glucosa se fosforila y se esciende pare formar gliceraldehído 3 P; y en la segunda fase éste se convierte en piruvato. PRIMERA FASE 1. Fosforilación de glucosa por el ATP: Catalizada por dos enzimas: la hexoquinasa y glucoquinasa. Es una reacción irreversible. La hexoquinasa es de mayor afinidad que la glucoquinasa por la glucosa. La glucoquinasa solo actúa cuando hay alta concentración de glucosa en sangre; las dos enzimas necesitan del catión Mg++ ó Mn++ para formar el verdadero sustrato que es Mg-Mn - ATP. La hexoquinasa actúa también; fosforilando otras hexosas. La reacción es irreversible. En el caso de dos reacciones químicas secuenciales, A =B y B = C, cada reacción tiene su propia constante de equilibrio y cada una tiene su variación de energía libre estándar característica, y ΔG0'1y ΔG0'2. Como las dos reacciones son secuenciales, B puede eliminarse para dar la reacción global A=C, que tiene su propia constante de equilibrio y por tanto su propia variación de energía libre estándar, ΔG0'total. Los valores de ΔG0'de reacciones secuenciales son aditivos. Para la reacción global A=C, ΔG0'total es la suma algebraica de las variaciones de energía libre estándar individuales, ΔG0'1y ΔG0'2 de las dos reacciones: ΔG0'total= ΔG0'1y ΔG0’2. Este principio de la bioenergética explica porque una reacción termodinámicamente desfavorable (endergónica) puede ser impulsada en el sentido directo acoplándola a una reacción muy exergónica a través de un intermedio común. Por ejemplo, la síntesis de glucosa 6 fosfato es el primer paso en la utilización de la glucosa por muchos organismos: El valor positivo de ΔG0'1predice que en condiciones estándar la relación no tendera a producirse espontáneamente en la dirección escrita. Otra reacción celular, la hidrólisis de ATP a ADP y Pi, es muy exergónica: Estas dos reacciones comparten los intermediarios comunes P y H2O, por lo que se pueden expresar como reacciones secuenciales: La variación de energía libre estándar global se obtiene sumando los valores de ΔG0'de las reacciones individuales: 2. Conversión de glucosa-6-P a fructosa-6-P: Catalizada por la fosfoglucoisomerasa. 3. Fosforilación de la fructosa-6-fosfato a fructosa 1-6 difosfato. Interviene una segunda molécula de ATP. Esta reacción es catalizada por la fosfofructoquinasa. 4. Escisión de la fructosa 1 - 6 difosfato por una aldosa (la fructosa-1-6-difosfato gliceraldehído 3-liasa) dando fosfato de dihidroxiacetona + gliceraldehído-3-fosfato. INTERCONVERSION DE LOS FOSFATOS DE TRIOSA Solamente uno de los dos fosfatos de triosa, el gliceraldehído 3-fosfato, puede ser directamente degradado en las reacciones posteriores de la glucólisis. El otro, el fosfato de dihidroxiacetona, se convierte reversiblemente en gliceraldehído-3-fosfato por acción de la enzima triosa fosfato isomerasa. SEGUNDA FASE 1. Oxidación del gliceraldehído 3 P a 1-3 difosfoglicerato. La enzima que actúa es G_3_fosfato deshidrogenasa, o gliceraldehído 3 fosfato deshidrogenasa. 2 gliceraldehído-3-P + 2 NAD+ + 2 Pi (2) 1,3 di-fosfoglicerato + 2 NADH + 2 H+ 2. Transferencia de fosfato desde el 1-3 difosfoglicerato al ADP. El 1-3 difosfoglicerato + ADP da 3-fosfoglicerato + 2 ATP; es catalizada la reacción por la enzima fosfogliceratoquinasa. 3.Conversión del 3-fosfoglicerato dando 2-fosfoglicerato. Actúa la fosfoglicera tomutasa. 4. El 2-fosfoglicerato da fosfoenolpiruvato + H20 por medio de una enzima, la enolasa, en un proceso de deshidratación. 5. Transferencia de fosfato desde el fosfoenolpiruvato al ADP. El fosfoenolpiruvato da piruvato por una enzima piruvato quinasa en presencia de ADP y Mg++. CICLO DE KREBS O DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS: Reacción 1: citrato sintasa (Oxaloacetato a citrato)Tipo de reación: aldocondensación Go' = - 7.7 kcal/mol (= - 32.2 kJ/mol) La citrato sintasa es un dímero que existe en dos estados conformacionales diferentes: abierto (sin sustratos) y cerrado (con sus dos sustrato unidos), que explica el mecanismo cinético. El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afín a un centro carbonoso del oxalacetato. Como consecuencia de la unión entre las dos moléculas, el grupo tioéster (CoA) se hidroliza, formando así la molécula de citrato. El citrato producido por la enzima, además, es capaz de inhibir competitivamente la actividad de la enzima. Incluso estando la reacción muy favorecida, porque es exergónica, la citrato sintasa puede ser perfectamente regulada. Este aspecto tiene una notable importancia biológica, puesto que permite una completa regulación del ciclo de Krebs completo, convirtiendo a la enzima en una especie de marcapasos del ciclo. Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)Tipo de reación: isomerizaciónGo' = 13.3 kJ/mol El C central (C3) del citrato es un centro proquiral, es decir, los dos carboximetilos que le rodean no son equivalentes. La aconitasa es capaz de distinguir el carboxilo superior del inferior La aconitasa posee en su centro activo un centro de [4Fe-4S] encargado de coordinar el OH- del citrato, para facilitar su eliminación. La aconitasa cataliza la interconversión entre estos isómeros. La enzima contiene Fe(II) y necesita un tiol como cisteína o glutatión (Glu-Cys-Gly) para efectuar la reacción. Cataliza la adición reversible de H2O al doble enlace del ácido cis-aconítico, el H y el OH del agua siempre se acoplan en posición trans entre ellos a través de la formación del intermediario cis-aconitato. Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato)Tipo de reación: descarboxilación oxidativa.Go' = - 5.0 kcal/mol (= - 20.85 kJ/mol) Esta es una reacción muy común en el metabolismo:Oxidar un ácido en b, para dar un b-cetoácido, el cual será luego descarboxilado.(el b-carbonilo del a-cetoglutarato hace sencilla la ruptura del enlace C-C adyacente) Es una descarboxilación oxidativa del isocitrato para formar a-ceto(oxo)glutarato y la generación de la primera molécula de CO2 y NADH del ciclo. La enzima que cataliza la reacción es la isocitrato deshidrogenasa, que existe en dos isoformas, una dependiente de NAD+ que sólo se encuentra en mitocondria y otra dependiente de NADP+ que también está en citoplasma. La enzima dependiente de NAD+ es el catalizador principal de la vía, necesita ADP como modulador positivo, así como Mg2+. Es un homooctámero de 380,000 que es inhibido por NADH y ATP. La isocitrato deshidrogenasa dependiente de NADP+ no es alostérica. * En esta reacción entra NADP+ y aparece como producto NADPH-H+. Reacción 4: α-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA)Tipo de reación: descarboxilación oxidativa.Go' = - 8.0 kcal/mol (= - 33.36 kJ/mol) La a-cetoglutarato deshidrogenasa es un complejo multienzimático casi idéntico al de la piruvato deshidrogenasa, y con un mecanismo de reacción similar. Después de la conversión del isocitrato en α-cetoglutarato se produce una segunda reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la formación de succinil CoA. La descarboxilación oxidativa del α-chetoglutarato es muy parecida a la del piruvato, otro α-cetoácido. Ambas reacciones incluyen la descarboxilación de un α-cetoácido y la consiguiente producción de una unión tioéster a alta energía con la coenzima A. Los complejos que catalizan tales reacciones son parecidos entre ellos. * En esta reacción entran CoASH y NAD+ y aparecen como productos CO2 y NAD´+H+. Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato) Tipo de reación: transferencia del fosfato Go' = - 2,9 kJ/mol En el mecanismo de acción interviene una His del centro activo, que es fosforilada al comienzo de la reacción. right0El succinil-CoA es un tioéster a alta energía (su ΔG°′ de hidrólisis está en unos -36 kJ mol-1 La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unión a alta energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula con dos átomos de carbono (acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La enzima succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energía para fosforilar un nucleósido difosfato purinico como el GDP. La energía procedente del tioéster viene convertida en energía ligada a una unión fosfato. El primer paso de la reacción genera un nuevo intermediario a alta energía, conocido como succinil fosfato. Sucesivamente, una histidina presente en el sitio catalítico remueve el fosfato de la molécula glucídica, generando el producto succinato y una molécula de fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nucleósido difosfato, recargándolo a trifosfato. Se trata del único paso del ciclo de Krebs en el que se produce una fosforilación a nivel de sustrato. El GTP está implicado principalmente en las rutas de transducción de señales, pero su papel en un proceso energético como el ciclo de Krebs es, en cambio, esencialmente trasladar grupos fosfato hacia el ATP, en una reacción catalizada por la enzima nucleósido difosfoquinasa. * En esta reacción entran GDP+Pi y aparece como producto GTP y SHCoA. Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato) Tipo de reación: deshidrogenación (=oxidación). Go' = 0 kJ/mol. right0La parte final del ciclo consiste en la reorganización de moléculas a cuatro átomos de carbono hasta la regeneración del oxalacetato. Para que eso sea posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que convertirse en un carbonilo. Como ocurre en otras rutas, por ejemplo en la beta oxidación de los ácidos grasos, tal conversión ocurre mediante tres pasos: una primera oxidación, una hidratación y una segunda oxidación. Estos tres pasos, además de regenerar oxalacetato, permiten la extracción ulterior de energía mediante la formación de FADH2 y NADH. La primera reacción de oxidación es catalizada por el complejo enzimático de la succinato deshidrogenasa, la única enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD+. El FAD es enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina. La enzima se vale del FAD ya que la energía asociada a la reacción no es suficiente para reducir el NAD+. El complejo enzimático también es el único del ciclo que pasa dentro de la membrana mitocondrial. Tal posición se debe a la implicación de la enzima en la cadena de transporte de los electrones. Los electrones pasados sobre el FAD se introducen directamente en la cadena gracias a la unión estable entre la enzima y el cofactor mismo. * En esta reacción entra FAD y aparece como producto FADH2. Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato) Tipo de reación: hidratación.Go' = -3,8 kJ/mol.La enzima es altamente estereoespecífica: únicamente reconoce el doble enlace en configuración TRANS y nunca en CIS. Por ello, no reconoce el maleato. La fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un grupo OH- procedentes de una molécula de agua. La hidratación del fumarato produce L-malato. Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato) Tipo de reacción: oxidación. Go' = + 7.1 kcal/mol (29.7 kJ/mol) right0La última reacción del ciclo de Krebs consiste en la oxidación del malato a oxalacetato. La reacción, catalizada por la malato deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD+ como aceptor de hidrógeno, produciendo NADH. La energía libre de Gibbs asociada con esta última reacción es decididamente positiva, a diferencia de las otras del ciclo. La actividad de la enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato por parte de la citrato sintasa, y de NADH por parte de la cadena de transporte de electrones. *En esta reacción entra NAD+ y aparece como producto NADH+H+. 180975168275 Ciclo de Krebs: 2ATP + 6NADH + 2FADH2 2 + (6 x 3) + (2 x 2) = 24 ATP Fosforilación Oxidativa y Sistema de Transporte de Electrones Este mecanismo funciona de la siguiente manera: Los 12 pares de electrones involucrados en la oxidación de la glucosa no pasan directamente al oxígeno, sino que se transfieren a los coenzimas NAD+ y FAD, formándose un total de 10 NADH y 2 FADH2. Los electrones pasan entonces a la cadena de transporte electrónico donde participan en un proceso de oxidación-reducción secuencial de determinados centros redox antes de reducir el oxígeno a agua. En este proceso, los protones son expulsados de la bacteria, y la energía libre almacenada en el gradiente de H+ resultante impulsa la síntesis de ATP, a partir de ADP y Pi, a través de la fosforilación oxidativa. La reoxidación de cada NADH da lugar a la síntesis de 3 ATP, y la de un FADH2 a 2 ATP. El total por molécula de glucosa oxidada es pues de 39 ATP, 30 proceden de los 10 NADH, 4 de los 2 FADH2, además en la glucólisis se producen 3 ATP por mol de glucosa y en el ciclo de Krebs 2 GTP (= 2 ATP) por cada 2 de piruvato que entra en el ciclo. La obtención de ATP a partir de la oxidación de NADH y FADH2 se realiza mediante una cadena de cuatro transportadores de electrones de naturaleza proteica. El movimiento de electrones por los transportadores se produce desde potenciales estándar de reducción bajos a otros más elevados. Los electrones se transportan desde los complejos I y II al III mediante el coenzima Q o ubiquinona, y del III al IV mediante una proteína periférica de membrana conocida como citocromo-c, es este complejo IV el que reduce el oxígeno hasta agua. En todo este proceso de transferencia electrónica, se produce un bombeo de protones desde la matriz, a través de la membrana bacteriana citoplasmática, hasta el espacio periplasmático, el cual se aprovecha para la síntesis de ATP, mediante la fosforilación oxidativa. 386715125730 Cadena de transporte de electrones Muchos procesos bioquímicos catabólicos, tales como la glucólisis, el ciclo de Krebs y la beta oxidación, producen la coenzima reducida NADH. Esta coenzima contiene electrones que tiene un elevado potencial de transferencia; es decir, que liberan una gran cantidad de energía tras su oxidación. Sin embargo, la célula no libera toda esta energía a la vez, sino sería una reacción incontrolable. En vez de ello, los electrones eliminados del NADH y transferidos al oxígeno a través de una serie de enzimas cada una de las cuales libera una pequeña cantidad de energía. Este conjunto de enzimas, que consiste en complejos, del I al IV, llamado cadena de transporte de electrones se encuentra en la membrana de la mitocondria. El succinato también es oxidado por la cadena de transporte de electrones, pero entra en la vía metabólica por un punto diferente. En eucariotas, las enzimas en este sistema de transporte de electrones utilizan la energía liberada de la oxidación de NADH para bombear protones a través de la membrana interna mitocondrial. Esto provoca una acumulación de protones en el espacio intermembrana, y genera un gradiente electroquímico a través de la membrana. La energía almacenada en este potencial es luego utilizada por la ATP sintasa para producir ATP. La fosforilación oxidativa en las mitocondrias de organismos eucariotas es el ejemplo de este proceso mejor comprendido. Las mitocondrias están presentes en casi todos los eucariotas, con la excepción de los protozoarios anaeróbicos tales como Trichomonas vaginalis que en su lugar reducen protones a hidrógeno en una reminiscencia de mitocondria llamada hidrogenosoma. Enzimas respiratorias y sustratos típicos de eucariotasEnzima respiratoriaPar redox Potencial medio (Volts) NADH deshidrogenasaNAD+ / NADH−0,32 Succinato deshidrogenasaFMN o FAD / FMNH2 o FADH2−0,20 Complejo del citocromo bc1Coenzima Q10ox / Coenzima Q10red+0,06 Complejo del citocromo bc1Citocromo box / Citocromo bred+0,12 Complejo IVCitocromo cox / Citocromo cred+0,22 Complejo IVCitocromo aox / Citocromo ared+0,29 Complejo IVO2 / HO-+0,82Condiciones: pH = 7 NADH- ubiquinona oxidorreductasa (complejo I) 32061156985 La NADH-ubiquinona oxidorreductasa, también conocida como NADH deshidrogenasa o complejo I, es la primer proteína en la cadena de transporte de electrones. El complejo I es una enzima de gran tamaño, siendo en mamíferos el complejo I de 46 subunidades y con una masa molecular de 1.000 kilodaltons (kDa). La estructura es conocida en detalle solo en bacterias; en la mayoría de los organismos el complejo se asemeja a una bota con una estructura en forma de bola que sobresale de la membrana hacia la mitocondria. Los genes que codifican las proteínas individuales están contenidas tanto en el núcleo celular como en el genoma mitocondrial, como suele ser el caso de la mayoría de las enzimas presentes en las mitocondrias. Esta enzima cataliza la oxidación del NADH, que pierde dos electrones, y la subsiguiente reducción de la coenzima Q10 o ubiquinona (representada como Q, abajo en la ecuación), una quinona liposoluble presente en la membrana mitocondrial: El inicio de la reacción, y de la totalidad de la cadena de transporte de electrones, comienza por la unión de la molécula de NADH al complejo I y la donación de dos electrones. Los electrones ingresan al complejo I a través de un grupo prostético unido al complejo, flavín mononucleótido (FMN). El agregado de electrones al FMN lo convierte en su forma reducida, FMNH2. Los electrones son luego transferidos a través de una serie de centros hierro-azufre: el segundo tipo de grupo prostético presente en el complejo.30 Existen tanto centros [2Fe–2S] como [4Fe–4S] en el complejo I. A medida que los electrones pasan a través de este complejo, cuatro protones son bombeados desde la matriz al espacio intermembrana. La manera exacta sobre como ocurre esto no es del todo clara, pero al parecer involucracambios conformacionales en el complejo I que provocan que la proteína se una a protones en el lado N de la membrana y luego los mueva hacia el lado P de la membrana. Finalmente, los electrones son transferidos de la cadena de centros hierro-azufre a la molécula de ubiquinona en la membrana. La reducción de ubiquinona también contribuye con la generación del gradiente de protones, ya que dos protones son tomados de la matriz mientras es reducido a ubiquinol (QH2). Succinato-Q oxidorreductasa (complejo II) 91440136525La enzima succinato-Q oxidorreductasa, también conocida como complejo II o sucinato deshidrogenasa, es el segundo punto de entrada en la cadena de transporte de electrones. Es inusual debido a que esta enzima es la única que forma parte de los procesos del ciclo de Krebs y de la cadena de transporte de electrones. El complejo II consiste en cuatro subunidades de proteínas y contiene unida comocofactor la flavín adenín dinucleótido (FAD), centros hierro-azufre, y un grupo hemo que no participa en la transferencia de electrones hacia la coenzima Q, pero que se cree es importante en disminuir la producción de especies reactivas del oxígeno. Oxida elsuccinato a fumarato y reduce la ubiquinona. Debido a que esta reacción libera menos energía que la oxidación de NADH, el complejo II no transporta electrones a través de la membrana y no contribuye al gradiente de protones. En algunos eucariotas, tales como el helminto Ascaris suum, una enzima similar al complejo II, fumarato reductasa (menaquinol:fumarato oxidorreductasa, o QFR), opera de forma reversa oxidando ubiquinol y reduciendo fumarato. Esto permite al helminto sobrevivir en el ambiente anaeróbico del intestino grueso, llevando a cabo una fosforilación oxidativa anaeróbica con fumarato como aceptor de electrones. Otra función no convencional del complejo II es observada en el parásito que provoca la malariaPlasmodium falciparum. En este caso, la acción invertida del complejo II como oxidasa es importante para regenerar el ubiquinol, el cual el parásito utiliza como una forma inusual de biosíntesis de pirimidina. Flavoproteína de transporte de electrones Q oxidorreductasa La flavoproteína de transporte de electrones ubiquinona oxidorreductasa (oxidorreductasa ETF-Q), también conocida como flavoproteína de transporte de electrones deshidrogenasa, es el tercer punto de entrada a la cadena de transporte de electrones. Es una enzima que acepta electrones de la flavoproteína de transferencia de electrones en la matriz mitocondrial, y utiliza estos electrones para reducir ubiquinona. Esta enzima contiene una flavina y un centro [4Fe–4S], pero, a diferencia de otros complejos respiratorios, se une a la superficie de la membrana y no atraviesa la bicapa lipídica. En mamíferos, esta ruta metabólica es importante en la beta oxidación de ácidos grasos y el catabolismo de aminoácidos y colinas, al aceptar electrones de múltiples acetil-CoAdeshidrogenasas. En plantas, la oxidorreductasa ETF-Q también es importante en la respuesta que permite la supervivencia por extensos periodos de oscuridad. Q-citocromo c oxidorreductasa (complejo III) -3238544450La Q-citocromo c oxidorreductasa también conocida como citocromo c reductasa, complejo del citocromo bc1, o simplemente complejo III. En mamíferos, esta enzima es un dímero, con cada subunidad del complejo conteniendo once subunidades de proteínas, un centro hierro-azufre [2Fe-2S] y tres citocromos: un citocromo c1 y dos citocromos b. Un citocromo es un tipo de proteína de transferencia de electrones que contiene la menos un grupo hemo. Los átomos de hierro dentro del grupo hemo del complejo III alternan entre sus estados de oxidación reducido (+2) y oxidado (+3) mientras los electrones son transferidos a través de la proteína. La reacción catalizada por el complejo III es la oxidación de una molécula de ubiquinol y la reducción de dos moléculas de citocromo c, una proteína hemo libremente asociada con la mitocondria. A diferencia de la coenzima Q, que transporta dos electrones, el citocromo c transporta solo uno. Debido a que solo uno de los electrones puede ser transferido desde el donante QH2 al aceptor citocromo c, a la vez, el mecanismo de reacción del complejo III es más elaborado que aquellos de los otros complejos respiratorios, y se da en dos pasos, llamados ciclo Q. En el primer paso, la enzima se une a tres sustratos, primero, QH2, el cual es luego oxidado, siendo un electrón transferido al segundo sustrato, el citocromo c. Los dos protones liberados de QH2 pasan al espacio intermembrana. El tercer sustrato es Q, el cual acepta el segundo electrón de QH2 y es reducido a Q.-, el cual es un radical libre de ubisemiquinona. Los primeros dos sustratos son liberados, pero este intermediario de ubisemiquinona permanece unido. En el segundo paso, una segunda molécula de QH2 es unida y de nuevo pasa su primer electrón al aceptor citocromo c. El segundo electrón es transferido a la ubisemiquinona unida, reduciéndola a QH2 mientras gana dos protones de la matriz mitocondrial. Este QH2 es luego liberado de la enzima. Como la coenzima Q es reducida a ubiquinol en el lado interno de la membrana y oxidado a ubiquinona en el externo, hay una transferencia neta de electrones a través de la membrana, añadidos al gradiente de protones. El mecanismo más bien complejo de dos pasos por el cual sucede esto es importante, ya que incrementa la eficiencia de la transferencia de protones. Si, en lugar del ciclo Q, una molécula de QH2 fuese utilizada directamente para reducir dos moléculas del citocromo c, la eficiencia se reduciría a la mitad, siendo transferido solo un protón por citocromo c reducido. Citocromo c oxidasa (complejo IV) La citocromo c oxidasa, también conocida como complejo IV, es el complejo final de proteínas en la cadena de transporte de electrones.49 En mamíferos esta enzima posee una estructura extremadamente compleja y contiene trece subunidades, dos grupos hemo, así como múltiples iones metálicos como cofactores – en todas, tres átomos de cobre, uno de magnesio y uno de zinc. 30251404445Esta enzima media la reacción final en la cadena de transporte de electrones y los transfiere al oxígeno, mientras bombea protones a través de la membrana.51 El aceptor de electrones final es el oxígeno, llamado también aceptor terminal de electrones, el cual es reducido a agua en este paso. Tanto el bombeo directo de protones y la consumición de protones de la matriz en la reducción de oxígeno contribuyen al gradiente de protones. La reacción catalizada es la oxidación de citocromo c y la reducción de oxígeno: Reductasas y oxidasas alternativas Muchos organismos eucariotas poseen cadenas de transporte de electrones diferentes a la de los mamíferos, que difieren mucho de las más estudiadas de estos últimos (descritas anteriormente). Por ejemplo, en plantas, existen NADH oxidasas que oxidan el NADH en elcitosol en lugar de la matriz mitocondrial, y transfieren estos electrones a las reservas de ubiquinona. Estas enzimas no transportan protones, y por ello, reducen ubiquinona sin alterar el gradiente electroquímico a través de la membrana interna. Otro ejemplo de cadena de transporte de electrones divergente es la oxidasa alternativa, que es encontrada en plantas, así como algunoshongos, protistas y posiblemente algunos animales. Esta enzima transfiere electrones directamente del ubiquinol al oxígeno. Las rutas de transporte de electrones producidos por estas oxidasas alternativas de NADH y ubiquinona tienen un menor rendimiento de ATP que la ruta completa. Las ventajas que se obtienen por estas rutas más cortas no son del todo conocidas. Sin embargo, las oxidasas alternativas son producidas como respuesta a situaciones de estrés ambiental, como el frío,especies reactivas del oxígeno e infección por patógenos, así como otros factores que inhiben la cadena de transporte de electrones completa. Las rutas alternativas podrían, por lo tanto, aumentar la resistencia de los organismos ante daños, reduciendo el estrés oxidativo. Función de la ATP sintetasa Interacción entre estructura y función de las ATPasas 345376519050Las ATPasas son enzimas muy complejas, conformadas por cadenas de aminoácidos muy largas, que pueden ir desde los 600 a los 1200 aminoácidos. Estas cadenas de aminoácidos se pliegan para formar la estructura tridimensional de la ATPasa, la cual va insertada en la membrana plasmática a manera de proteína integral. Actualmente la única información directa que se posee sobre la estructura de las ATPasas es la secuencia de la cadena de aminoácidos que las conforman, deducida de las secuencias de los genes correspondientes a dichas proteínas. La estructura conocida de una P-ATPasa puede contener entre 920 a 950 aminoácidos. Esta cadena en su estado “in vivoquot;
se pliega, dando como resultado una conformación muy compleja. Dentro de las secuencia de aminoácidos, se encuentran regiones hidrofóbicas, que por ende se ubican en la parte interior de la membrana, junto a las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos. Estas regiones están compuestas por unos 17 a 24 residuos, que atraviesan la membrana en forma de α-hélice, que corresponde a una estructura proteínica secundaria. Se postula que de estas regiones, 6 a 12 interactúan directamente con la membrana. Con respecto al plegamiento de la cadena de aminoácidos, se acepta que los extremos aminoterminales y carboxiterminales se encuentran en la parte intracelular, por lo cual las regiones transmembranosas deberían ser de número par. Existen entonces 4 dominios principales en la ATPasa, el dominio transmembranoso, ya explicado y los dominios kinasa, fosfatasa e inhibidor. Los dominios kinasa y fosfatasa son los responsables de la obtención de energía del ATP, cumpliendo funciones complementarias para el ciclo. El dominio kinasa se cree que es responsable de catalizar la formación del intermediario fosforilado, arrancando el último fosfato (gamma-fosfato) al ATP. La ATPasa entonces se fosforila y el papel del dominio fosfatasa es hidrolizar este intermediario para obtener la energía necesaria para empujar a un protón en contra de la gradiente electroquímica. El dominio inhibidor es el extremo carboxiterminal de la ATPasa, que según su posición permite o impide la activación de la enzima. Cuando la enzima esta activa, este autoinhibidor se desplaza impidiendo que un nuevo ATP sea usado para formar el intermedio fosforilado, hasta que se cumpla el ciclo. A continuación se muestra una imagen esquemática de la P-ATPasa con sus dominios: ATP sintasa: subcomplejo F0 giratorio y subcomplejo F1 Los protones que pasan por las subunidades C y causan su rotación. Las subunidades b captan ATP+Pi y liberan ATP. Se forman 3 moléculas de ATP por cada giro completo del complejo. La ATPasa está formada por dos segmentos definidos por su polaridad, un hidrofóbico o F0 integrado a la membrana, siendo este el conducto de protones del complejo y un segmento hidrofílico o F1. Siguiendo el mecanismo quimiosmótico propuesto por Peter Mitchel en 1961, el complejo F1F0 realiza dos reacciones acopladas: el F0, el transporte de iones (protones o sodio) a través de una membrana y el segmento F1 une el ADP y el fosfato para formar el ATP. La energía de este proceso proviene de la formación de un gradiente electroquímico compuesto de iones con carga (H+) proporcionado por la cadena de transporte de electrones que bombea los H+ hacia el compartimiento contrario al que se encuentra el complejo F1 que sintetiza el ATP. Este proceso se conoce como transducción de energía. -50800-907415De una manera general la estructura muestra los dos segmentos: el F1 compuesto por la alternancia de las subunidades grandes: 3 α y 3 β formando un cilindro asimétrico inducido por la presencia de la subunidad que forma un eje central en el interior del hexámero α3β3. Respecto al segmento F0, su composición es variable en las diferentes especies, el componente principal es la subunidad c que es un oligómero en forma de cilindro hueco al que se le adosa la subunidad a y que se ancla al rotor y al eje lateral por la subunidad b. Reconstituido a partir de subunidades puras (ac) transporta protones formando el canal de protones de la F1F0. El número de subunidades c varía entre 12 a 14 y de su eficiencia en el transporte de protones depende la capacidad de la enzima para sintetizar ATP. La estequiometría protón-ATP es de 3-4 por 1 El complejo F1F0 es uno de los nanomotores rotatorios más espectaculares descritos hasta ahora, está formado mecánicamente por dos rotores, en F1, , d y e giran acordes con el segundo rotor en F0, formado por el polímero de subunidades c. La estabilidad de los rotores está asegurada por un estator: el hexámero de β y los componentes del eje periférico OSCP, b2, d y A6L, unidos a la subunidad a en el interior de la membrana. La extraordinaria precisión entre el acoplamiento cinético y el mecánico del complejo F1F0 le permite tener un máximo grado de eficiencia cercano al 100%. Esto se debe a que el rotor en la subunidad se mueve, sin fricción, en un túnel hidrofóbico formado por el hexámero β, en el que durante la rotación, no se forman ni rompen uniones intermoleculares. La energía del proceso la proporciona la fijación del nucleótido en un sitio con alta afinidad, que cierra el sitio catalítico con un movimiento de bisagra y que se acopla simultáneamente a la rotación de la en la que no existen puntos muertos en los que el rotor pueda detenerse debido a que la torca mecánica es constante. Durante un ciclo de rotación de 360 grados se sintetizan 3 ATP con la rotación en el sentido de las manecillas del reloj o se hidrolizan en el sentido contrario. La distribución de la energía de fijación de nucleótidos en el sitio catalítico de la β genera la torca que da origen a la rotación de la , a su vez, la β almacena energía elástica que al revertir el movimiento de bisagra permite la salida de los productos y que el sitio catalítico regrese a su estado original vacío para iniciar un nuevo ciclo. ATPasas y sus funciones especificas Las ATPasas cumplen diferentes funciones dependiendo de la célula a la que pertenezcan, pero esta función está determinada por la estructura 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 Cabe recalcar que la ATPasa descrita en forma general en el presente trabajo es la ATPasa tipo F, misma que es la ATP sintetasa encontrada comúnmente en las membranas mitocondriales. 1) F-ATPasas Son enzimas muy complejas con más de ocho subunidades distintas, que están encargadas de catalizar el paso reversible transmembrana de protones (exclusivamente), impulsado por la hidrólisis 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 acompañado por la síntesis de ATP. En este papel, la ATPasa tipo F se denomina de manera más correcta como ATPsintetasa. Este tipo de ATPasa no forma un intermediario fosforilado durante la hidrólisis del ATP, por lo cual no pueden ser inhibidas por el vanadato. 2) V-ATPasa Es responsable de la acidificación de compartimientos en muchos organismos, lo que permite el correcto funcionamiento de proteasa y otras enzimas hidrolíticas. Por ejemplo, dentro de las vacuolas de las plantas superiores y los hongos el pH se mantiene muy por debajo del citoplasma circundante por acción de esta ATPasa (cuya denominación proviene de quot;
vacuolaquot;
). Son también responsables de la acidificación de lisosomas, endosomas, complejo de Golgi y vesículas secretoras en células animales. No experimentan fosforilación ni desfosforilación, por lo cual tampoco son inhibidas por el vanadato. Aún no se conoce le mecanismo por el cual acoplan la hidrólisis del ATP al transporte de protones. 3) P-ATPasas La denominación de esta ATPasa se debe a que forma un intermediario fosforilado al obtener energía del ATP. Todas las ATPasas de tipo P comparten homología en la secuencia de aminoácidos y todas son sensibles a la inhibición por el vanadato, que es similar al fosfato y toma su lugar en una de las fases del funcionamiento de la enzima. Este tipo es muy importante por su amplia distribución y son proteínas integrales. Por ejemplo, en las plantas hay una P-ATPasa que bombea protones al exterior de la célula, estableciendo una diferenciad e hasta 2 unidades de pH y 250 mV a través de la membrana plasmática, consumiendo un ATP por cada protón transportado. Un ejemplo en células animales es la P-ATPasa responsable en el bombeo de protones en la neurospora y del bombeo de iones H+ y K+ a través de la membrana plasmática de células que recubren el estómago de los maíferos, acidificando su contenido. Aquí se presenta un cuadro con todos los tipos de ATPasas y sus respectivas funciones Ion(es) transportadosOrganismoTipo de membranaPapel de la ATPasaP-ATPasasNa+K+Eucariotas superioresPlasmáticaMantiene baja [Na+] y alta [K+] en el interior de la célula. Crea potencial transmembranaH+K+Células secretoras de ácido en mamíferosPlasmáticaAcidifica el contenido del estómagoH+Hongos (Neurospora)PlasmáticaEliminan protones hacia la matriz extracelular, aumentando el pH del interior H+Plantas superioresPlasmáticaCa2+Eucariotas superioresPlasmáticaMantiene baja [Ca2+] en el citosolCa2+Células musculares en animalesRetículo sarcoplasmáticoSecuestra el Ca2+ intracelular manteniendo baja la [Ca2+]V-ATPasasH+AnimalesVesículas secretoras lisosómicas y endosómicasCrea un bajo pH en el compartimiento activando proteasas y otras enzimas hidrolíticas.H+Plantas superioresVacuolarH+HongosVacuolarF-ATPasasH+EucariotasMitocondrial internaCataliza la formación de ATP a partir de ADP + PiH+Plantas superioresTilacoidesH+ProcariotasPasmática

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