Interacción mecánica de F₁F₀ ATP sintasa con sistemas modelo de membrana: implicaciones biológicas

Abstract

La presente tesis doctoral contiene un estudio sobre la interacción mecánica de la proteína F1F0 ATP sintasa (ATP sintasa) con membranas lipídicas. La ATP sintasa es una proteína de membrana que desempeña un papel clave en el metabolismo energético celular, creando más del 90% de la energía bioquímica en forma de ATP (de adenosín trifosfato en inglés). El ATP es necesario para el desarrollo de múltiples procesos biológicos fundamentales como la replicación del ADN, la síntesis de proteínas o el transporte intracelular. Desde un punto de vista estructural, la ATP sintasa está compuesta por dos complejos proteicos unidos: el núcleo catalítico soluble F1 y el rotor de membrana F0. Un gradiente electroquímico de protones a través de F0 hace que el vástago central gire rápidamente dentro F1, induciendo la síntesis de ATP. Este rotor molecular es reversible y un exceso de ATP provoca una rotación en la dirección opuesta y un flujo reverso de protones a través de la membrana. En definitiva, la ATP sintasa es el motor biológico con movimiento rotacional más importante. Cuenta de ello se plasma en que la ATP sintasa es una proteína muy conservada en todos los dominios de la vida, presente tanto en células procariotas y eucariotas como archea. En células animales, la síntesis de ATP tiene lugar en la mitocondria durante la respiración celular, acoplándose con la fosforilación oxidativa...

This present PhD Thesis studies the mechanical interaction of the F1F0 ATP synthase protein (F1F0-ATPase) with lipid membranes. F1F0-ATPase is a membrane protein that has a key role in the energy metabolism of the cell, creating more than the 90% of the necessary biochemical energy through ATP (adenosine triphosphate). ATP is needed for basal cell process and maintenance such as DNA replication, protein synthesis or intracellular transport. Structurally, F1F0-ATPase is formed by two gathered protein complexes: the catalytic soluble F1 domain and the integral membrane rotor domain F0. A electrochemical proton gradient through F0 makes the central stalk rotate rapidly inside F1 unit, inducing the synthesis of ATP. This molecular rotation is reversible and ATP excess causes a rotation in opposite direction with a reverse proton flux through the membrane. F1F0-ATPase is the biological engine with the most important rotational movement. Its importance is so large that this protein has kept in all kind of life, appearing in prokariotic and eukariotic cells, such as archea. In animal cells, ATP synthesis takes place in mitochondrion promoted by the oxidative phosphorylation, in a process called cellular respiration. From a supramolecular point of view, it has been reported for the first time using gel electrophoresis and CryoTEM that mitochondrial F1F0-ATPase can exist as a dimer...