19.12: La proteina trasportatrice ADP/ATP

Il trasportatore ADP/ATP o proteina AAC è la proteina trasportatrice più abbondante nella membrana mitocondriale interna. Trasporta ogni giorno grandi quantità di ADP e ATP, equivalenti al peso medio del corpo umano. Tra gli altri trasportatori, la proteina ACC è uno dei membri meglio studiati della famiglia delle proteine trasportatrici mitocondriali. La proteina trasportatrice ADP/ATP comprende due eliche transmembrana collegate ad un anello e una singola alfa-elica sul lato della matrice. Passa tra due stati conformazionali: stato citoplasmatico aperto e stato matrice aperta. Di conseguenza, il sito di legame del substrato del trasportatore è alternativamente accessibile a ciascuno dei compartimenti per il legame dell'ADP/ATP.

La maggior parte delle cellule eucariotiche esprimono diverse isoforme della proteina trasportatrice ADP/ATP. Ad esempio, gli esseri umani hanno quattro isoforme, AAC1, AAC2, AAC3 e AAC4, con diversi modelli di espressione tra le cellule. Indipendentemente dalle isoforme, tutte le proteine trasportatrici di ADP/ATP hanno una specificità di substrato notevolmente più elevata rispetto ad altri trasportatori all'interno delle membrane mitocondriali. L'AAC riconosce ogni parte della struttura nucleotidica e consente il passaggio solo dei nucleotidi carichi. Ad esempio, l'ATP ha una carica -4 e l'ADP ha una carica -3 ed entrambi sono quindi riconosciuti dalla proteina AAC. Al contrario, l’AAC rifiuta qualsiasi nucleotide non carico, come l’AMP, a causa della sua selettività di carica.

La maggior parte dei trasportatori forma grandi supercomplessi con altre proteine. Per molto tempo si è creduto che il trasportatore ADP/ATP, le proteine trasportatrici del fosfato e l'ATP sintasi formassero un grande complesso chiamato ATP sintasi. Tuttavia, è ormai noto che l'ATP sintasi forma dimeri sulla punta delle creste. Questa disposizione rende solo il c-ring rotante esposto al doppio strato lipidico senza siti di legame plausibili per i trasportatori. Pertanto, l'ACC funziona in modo indipendente nel trasporto di ADP e ATP attraverso la membrana mitocondriale interna.

Il vettore ADP/ATP è un dimero proteico di 30 kilodalton che si trova in abbondanza all'interno della membrana mitocondriale interna. Agisce come un antiportatore che consente l'ingresso di ADP nella matrice mitocondriale e l'uscita di ATP nello spazio intermembrana.

La membrana interna ha anche un altro trasportatore, che media l'importazione simultanea di un fosfato inorganico e di un protone.

Entrambe queste proteine trasportatrici funzionano con l'aiuto delle forze motrici protoniche presenti attraverso la membrana mitocondriale interna.

Il processo inizia quando un ADP proveniente dallo spazio intermembrana si attacca al sito di legame nucleotidico sulla proteina trasportatrice di ADP/ATP. Ciò provoca un cambiamento conformazionale nell'antiporter, che consente il rilascio di ADP nella matrice mitocondriale.

Allo stesso modo, quando una molecola inorganica di fosfato e un protone si legano al vettore del fosfato, il vettore subisce un cambiamento conformazionale e successivamente trasporta il fosfato e il protone alla matrice.

Una volta raggiunta la matrice, le molecole del substrato si diffondono e si legano alle tasche enzimatiche dell'ATP sintasi per essere convertite in ATP.

Successivamente, l'ATP appena sintetizzato si lega al vettore ADP/ATP, causando un cambiamento conformazionale nell'antiportatore. Ciò consente all'ATP di entrare nello spazio intermembrana e quindi di uscire dai mitocondri nel citosol per essere utilizzato da diversi organelli cellulari.