Resumen:
La ATP sintasa, una enzima crucial en la producción de energía celular, sufre cambios conformacionales dinámicos durante su ciclo catalítico. Un aspecto intrigante de la ATP sintasa es su capacidad para funcionar en diferentes entornos de pH. Si bien su actividad es óptima a pH fisiológico, la ATP sintasa también exhibe una actividad significativa a pH ácido. Sin embargo, los mecanismos detallados que subyacen a su desempeño en condiciones ácidas siguen siendo poco conocidos.
En este estudio, empleamos una combinación de técnicas experimentales y modelos computacionales para investigar las características estructurales y funcionales de la ATP sintasa en estado ácido. Utilizando microscopía crioelectrónica de última generación, capturamos estructuras de alta resolución de ATP sintasa de una bacteria termófila, Thermus thermophilus, a un pH ácido de 6,0. El análisis detallado de estas estructuras reveló diferencias sorprendentes en comparación con las estructuras conocidas obtenidas a pH neutro. El pH ácido indujo cambios conformacionales significativos en la enzima, que implicaron ajustes en los dominios transmembrana, el tallo central y el tallo periférico.
Nuestros ensayos bioquímicos complementaron los hallazgos estructurales, demostrando que la ATP sintasa conserva una actividad sustancial de síntesis de ATP a pH ácido. Las mediciones cinéticas indicaron alteraciones en los parámetros cinéticos de la enzima, lo que sugiere adaptaciones al ambiente ácido. Además, los experimentos de mutagénesis dirigida identificaron residuos de aminoácidos específicos críticos para mantener la actividad a pH ácido.
Para obtener conocimientos más profundos sobre el comportamiento dinámico de la ATP sintasa en condiciones ácidas, realizamos extensas simulaciones de dinámica molecular. Estas simulaciones arrojaron detalles a nivel atómico de las fluctuaciones estructurales, los cambios conformacionales y las vías de transferencia de protones implicadas en la síntesis de ATP. Los resultados computacionales corroboraron las observaciones experimentales y proporcionaron una base para analizar los aspectos energéticos de la función de la enzima.
A través de nuestra investigación exhaustiva, hemos ampliado significativamente nuestra comprensión de los mecanismos funcionales de la ATP sintasa en estado ácido. Este estudio arroja luz sobre la adaptabilidad de la enzima a diversas condiciones de pH, lo cual es relevante para su función en diversos entornos biológicos, incluidos compartimentos ácidos dentro de las células, organismos acidófilos y aplicaciones industriales duras. Además, nuestros hallazgos contribuyen a una comprensión más amplia de la bioenergética y la catálisis enzimática, abriendo vías para futuras investigaciones y posibles aplicaciones biotecnológicas.
