La ATP sintasa es una intrincada máquina molecular incrustada en la membrana interna de las mitocondrias de las células eucariotas y en la membrana plasmática de las células bacterianas. Desempeña un papel fundamental en el paso final de la fosforilación oxidativa, el proceso mediante el cual las células generan la mayor parte de su ATP. El mecanismo detallado de cómo la ATP sintasa produce ATP es el siguiente:

1. Gradiente de protones: La ATP sintasa es impulsada por un gradiente de protones, también conocido como gradiente electroquímico, a través de la membrana mitocondrial interna o la membrana plasmática en las bacterias. Este gradiente lo establece la cadena de transporte de electrones, que bombea protones a través de la membrana utilizando la energía derivada del flujo de electrones durante la respiración celular.

2. Cambios conformacionales: La ATP sintasa consta de varias subunidades proteicas, incluida una unidad giratoria central llamada F₀ y una cabecera periférica llamada F₁. La unidad F₀ está incrustada en la membrana y contiene un canal que permite el flujo de protones. Cuando los protones pasan a través de este canal, hacen que la estructura gire.

3. Unión de ADP y fosfato inorgánico (Pi): La cabeza F₁ de la ATP sintasa contiene tres sitios catalíticos donde se unen el ADP y el fosfato inorgánico (Pi). Estos sitios de unión sufren cambios conformacionales impulsados ​​por la rotación de la unidad F₀.

4. Los cambios conformacionales impulsan la síntesis de ATP: A medida que la subunidad F₀ gira, los cambios conformacionales en la cabecera F₁ hacen que las moléculas de ADP y Pi se unan en la orientación correcta para la síntesis de ATP. La enzima cataliza la formación de un enlace covalente entre ADP y Pi, dando como resultado la síntesis de ATP.

5. Liberación de ATP: Las moléculas de ATP recién sintetizadas se liberan de los sitios catalíticos en la cabeza del F₁. Estos ATP luego se difunden hacia el entorno celular circundante, donde pueden usarse como fuente de energía para diversos procesos celulares.

En resumen, la ATP sintasa utiliza la energía almacenada en el gradiente de protones establecido por la cadena de transporte de electrones para impulsar cambios conformacionales que facilitan la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi. El mecanismo de rotación de la ATP sintasa, junto con la unión y liberación de sustratos, permite una producción eficiente y continua de ATP, proporcionando la energía celular para numerosos procesos biológicos.