A ATP sintase é uma intrincada máquina molecular incorporada na membrana interna das mitocôndrias nas células eucarióticas e na membrana plasmática das células bacterianas. Desempenha um papel fundamental na etapa final da fosforilação oxidativa, o processo através do qual as células geram a maior parte do seu ATP. O mecanismo detalhado de como a ATP sintase produz ATP é o seguinte:

1. Gradiente de prótons: A ATP sintase é impulsionada por um gradiente de prótons, também conhecido como gradiente eletroquímico, através da membrana mitocondrial interna ou da membrana plasmática nas bactérias. Esse gradiente é estabelecido pela cadeia de transporte de elétrons, que bombeia prótons através da membrana usando a energia derivada do fluxo de elétrons durante a respiração celular.

2. Mudanças conformacionais: A ATP sintase consiste em várias subunidades de proteínas, incluindo uma unidade rotativa central chamada F₀ e uma peça periférica chamada F₁. A unidade F₀ está embutida na membrana e contém um canal que permite o fluxo de prótons. À medida que os prótons passam por esse canal, eles fazem a estrutura girar.

3. Ligação de ADP e Fosfato Inorgânico (Pi): A antena F₁ da ATP sintase contém três locais catalíticos onde o ADP e o fosfato inorgânico (Pi) se ligam. Esses locais de ligação sofrem alterações conformacionais impulsionadas pela rotação da unidade F₀.

4. Mudanças conformacionais impulsionam a síntese de ATP: À medida que a subunidade F₀ gira, as mudanças conformacionais na antena F₁ fazem com que as moléculas de ADP e Pi se unam na orientação correta para a síntese de ATP. A enzima catalisa a formação de uma ligação covalente entre ADP e Pi, resultando na síntese de ATP.

5. Liberação de ATP: As moléculas de ATP recém-sintetizadas são liberadas dos locais catalíticos na antena F₁. Esses ATPs então se difundem no ambiente celular circundante, onde podem ser usados ​​como fonte de energia para vários processos celulares.

Em resumo, a ATP sintase utiliza a energia armazenada no gradiente de prótons estabelecido pela cadeia de transporte de elétrons para conduzir mudanças conformacionais que facilitam a síntese de ATP a partir de ADP e Pi. O mecanismo rotacional da ATP sintase, juntamente com a ligação e liberação de substratos, permite a produção eficiente e contínua de ATP, fornecendo a moeda energética celular para numerosos processos biológicos.