- estructura
- funcions
- Subministrament d'energia per al transport de sodi i potassi a través de la membrana
- Participació en la síntesi proteica
- Subministrar energia per a la locomoció
- hidròlisi
- Per què passa aquest alliberament d'energia?
- Obtenció d'ATP
- fosforilació oxidativa
- Fosforilació a nivell de substrat
- Cicle d'ATP
- Altres molècules energètiques
- referències
El ATP (adenosina trifosfat) és una molècula orgànica amb enllaços d'alta energia constituïda per un anell d'adenina, una ribosa i tres grups fosfats. Té un paper fonamental en el metabolisme, ja que transporta l'energia necessària per mantenir una sèrie de processos cel·lulars funcionant de manera eficaç.
És àmpliament coneguda pel terme "moneda energètica", ja que la seva formació i la seva utilització passa fàcilment, permetent "pagar" ràpidament les reaccions químiques que requereixen energia.
Font: By User: Mysid (Self-made in bkchem; edited in perl.), Via Wikimedia Commons
Tot i que la molècula a simple vista és petita i senzilla, guarda una quantitat important d'energia en els seus enllaços. Els grups fosfats posseeixen càrregues negatives, que estan en constant repulsió, convertint-lo en un enllaç làbil i de fàcil ruptura.
La hidròlisi de l'ATP és el trencament de la molècula per la presència d'aigua. Per aquest procés s'allibera l'energia continguda.
Hi ha dues fonts principals d'ATP: la fosforilació a nivell de substrat i la fosforilació oxidativa, sent aquesta última la més important i la més usada per la cèl·lula.
La fosforilació oxidativa s'acobla l'oxidació de l'FADH 2 i el NADH + H + en el mitocondri i la fosforilació a nivell de substrat passa fora de la cadena de transport d'electrons, en rutes com la glucòlisi i el cicle dels àcids tricarboxílics.
Aquesta molècula s'encarrega de proporcionar l'energia necessària perquè tinguin lloc la majoria dels processos que tenen lloc a l'interior de la cèl·lula, des de la síntesi de proteïnes fins a la locomoció. A més, permet el tràfic de molècules a través de les membranes i actua en la senyalització cel·lular.
estructura
L'ATP, com el seu nom indica, és un nucleòtid amb tres fosfats. La seva estructura particular, específicament els dos enllaços pirofosfat, el converteixen en un compost ric en energia. Està compost pels següents elements:
- Una base nitrogenada, l'adenina. Les bases nitrogenades són compostos cíclics que contenen un o més nitrogen en la seva estructura. També els trobem com a components en els àcids nucleics, l'ADN i l'ARN.
- Al centre de la molècula se situa la ribosa. És un sucre de l'tipus pentosa, ja que posseeix cinc àtoms de carboni. La seva fórmula química és C 5 H 10 O 5. El carboni 1 de la ribosa està unit a l'anell d'adenina.
- Tres radicals fosfats. Els dos últims són els "enllaços d'alta energia" i es representen en les estructures gràfiques amb el símbol de la virgulilla: ~. El grup fosfat és un dels més importants en els sistemes biològics. Els tres grups de denominen alfa, beta i gamma, del més proper a el més allunyat.
Aquest enllaç és molt làbil, de manera que es divideix de manera ràpida, fàcil i espontània quan les condicions fisiològiques de l'organisme l'amerita. Això passa perquè les càrregues negatives dels tres grups fosfat intenta allunyar-se la una de l'altra constantment.
funcions
L'ATP juga un paper indispensable en el metabolisme energètic de virtualment tots els organismes vius. Per aquesta raó, sol denominar moneda energètica, ja que es pot gastar i reposar de manera contínua en tan sols uns minuts.
Directament o indirecta, l'ATP aporta l'energia per a centenars de processos, a més d'actuar com a donador de fosfats.
De manera general, l'ATP actua com una molècula de senyalització en els processos que tenen lloc a l'interior de la cèl·lula, és necessari per sintetitzar els components de l'ADN i l'ARN i per a la síntesi d'altres biomolècules, participa al trànsit a través de les membranes, entre d'altres.
Els usos de l'ATP els podem dividir entre categories principals: transport de molècules a través de les membranes biològiques, la síntesi de diversos compostos i finalment, el treball mecànic.
Les funcions de l'ATP són molt àmplies. A més, està involucrada en tantes reaccions que seria impossible anomenar-les tots. Per això, discutirem tres exemples puntuals per exemplificar cadascuna dels tres usos esmentats.
Subministrament d'energia per al transport de sodi i potassi a través de la membrana
La cèl·lula és un ambient summament dinàmic que requereix mantenir concentracions específiques. La majoria de les molècules no entren a la cèl·lula de manera aleatòria o casual. Perquè una molècula o substància ingressi, ho ha de fer per la seva transportador específic.
Els transportadors són proteïnes que travessen la membrana i funcionen com "porters" cel·lulars, controlant el flux de materials. Per això, la membrana és semipermeable: permet que certs compostos ingressin i altres no.
Un dels transports més coneguts és la bomba sodi-potassi. Aquest mecanisme es classifica com un transport actiu, ja que el moviment dels ions ocorre en contra de les seves concentracions i l'única manera d'executar aquest moviment és introduint energia en el sistema, en forma d'ATP.
S'estima que un terç de l'ATP format en la cèl·lula és usat per mantenir activa a la bomba. Els ions de sodi són bombats de manera constant a l'exterior cel·lular, mentre que els de potassi ho fan en sentit invers.
Lògicament, l'ús de l'ATP no es restringeix a l'transport de sodi i potassi. Hi ha altres ions, com el calci, el magnesi, entre altres, que necessiten d'aquesta moneda energètica per ingressar.
Participació en la síntesi proteica
Les molècules de proteïnes es troben formades per aminoàcids, units entre si per enllaços peptídics. Per formar-los es requereix la ruptura de quatre enllaços d'alta energia. En altres paraules, un nombre considerable de molècules d'ATP han de ser hidrolitzades per a la formació d'una proteïna de longitud mitjana.
La síntesi de les proteïnes ocorre en estructures anomenades ribosomes. Aquestes són capaços d'interpretar el codi que posseeix l'ARN missatger i traduir-lo a una seqüència d'aminoàcid, procés dependent d'ATP.
En les cèl·lules més actives, la síntesi proteica pots dirigir fins al 75% de l'ATP sintetitzat en aquesta important tasca.
D'altra banda, la cèl·lula no només sintetitza proteïnes, també necessita de lípids, colesterol, i altres substàncies indispensables i per fer-ho requereix de l'energia continguda en els enllaços de l'ATP.
Subministrar energia per a la locomoció
El treball mecànic és una de les funcions més importants de l'ATP. Per exemple, perquè el nostre cos sigui capaç d'executar la contracció de les fibres musculars, és necessària la disponibilitat de grans quantitats d'energia.
En el múscul, l'energia química pot transformar-se en energia mecànica gràcies a la reorganització de les proteïnes amb capacitat de contracció que el formen. La longitud d'aquestes estructures es modifica, escurçant, el que crea una tensió que es tradueix en la generació de moviment.
En altres organismes, el moviment de les cèl·lules també passa gràcies a la presència d'ATP. Per exemple, el moviment de cilis i flagels que permet el desplaçament de certs organismes unicel·lulars passa per l'ús de l'ATP.
Un altre moviment particular és el amebiano que involucra la protrusió d'un seudópodo en els extrems cel·lulars. Diversos tipus cel·lulars Utilització d'aquest mecanisme de locomoció, entre ells els leucòcits i els fibroblasts.
En el cas de les cèl·lules germinals, la locomoció és indispensable per al desenvolupament efectiu de l'embrió. Les cèl·lules embrionàries es desplacen distàncies importàncies des del seu lloc d'origen fins a la regió on han d'originar estructures específiques.
hidròlisi
La hidròlisi de l'ATP és una reacció que involucra el trencament de la molècula per la presència d'aigua. La reacció es representa de la següent manera:
ATP + Aigua ⇋ ADP + P i + energia. On, el terme P i fa referència a el grup de fosfat inorgànic i l'ADP és difosfat d'adenosina. Cal notar que la reacció és reversible.
La hidròlisi de l'ATP és un fenomen que involucra l'alliberament d'una immensa quantitat energia. La ruptura de qualsevol dels enllaços pirofosfats es tradueix en l'alliberament de 7 kcal per mol - específicament 7,3 d'ATP a ADP i 8,2 per a la producció de adenosinmonofosfato (AMP) a partir de l'ATP. Això equival a 12.000 calories per mol d'ATP.
Per què passa aquest alliberament d'energia?
Perquè els productes de la hidròlisi són molt més estables que el compost inicial, és a dir, que l'ATP.
És menester esmentar que només la hidròlisi que passa sobre els enllaços pirofosfat per donar lloc a la formació d'ADP o AMP comporta a una generació d'energia en quantitats importants.
La hidròlisi dels altres enllaços de la molècula no proporciona tanta energia, amb excepció de la hidròlisi de l'pirofosfat inorgànic, que posseeix gran quantitat d'energia.
L'alliberament d'energia provinent d'aquestes reaccions és usada per a la realització de reaccions metabòliques a l'interior de cèl·lula, ja que moltes d'aquests processos necessiten d'energia per funcionar, tant en els passos inicials de les rutes de degradació com en la biosíntesi de compostos.
Per exemple, en el metabolisme de la glucosa, els passos inicials involucren la fosforilació de la molècula. En els passos següents, es genera nou ATP, per obtenir un guany neta positiva.
Des del punt de vista energètic, hi ha altres molècules l'energia d'alliberament és major a la de l'ATP, entre elles el 1,3.bifosfoglicerato, el carbamilfosfato, creatininfosfato i el fosfoenolpiruvat.
Obtenció d'ATP
L'ATP pot obtenir-se mitjançant dues vies: fosforilació oxidativa i fosforilació a nivell de substrat. La primera requereix oxigen mentre que la segona no ho necessita. Aproximadament el 95% de l'ATP format passa a la mitocòndria.
fosforilació oxidativa
La fosforilació oxidativa involucra un procés d'oxidació dels nutrients en dues fases: l'obtenció de coenzims reduïdes NADH i FADH 2 derivades de vitamines.
La reducció d'aquestes molècules requereix la utilització d'hidrògens provinents dels nutrients. En els greixos, la producció de coenzims és notable, gràcies a l'enorme quantitat d'hidrògens que aquestes posseeixen en la seva estructura, comparat amb els pèptids o amb els carbohidrats.
Encara que hi ha diverses vies de producció de coenzims, la ruta més important és el cicle de Krebs. Posteriorment, les coenzims reduïdes es concentren a les cadenes respiratòries ubicades a la mitocòndria, que transfereix els electrons fins al oxigen.
La cadena transportadora d'electrons està formada per una sèrie de proteïnes acoblades a la membrana, que bomben protons (H +) a l'exterior (veure imatge). Aquests protons entren creuen novament la membrana per mitjà d'una altra proteïna, l'ATP sintasa, encarregada de la síntesi de l'ATP.
En altres paraules, hem de la reducció de coenzims, més ADP i oxigen generen aigua i ATP.
Font: By Bustamante Yess, from Wikimedia Commons
Fosforilació a nivell de substrat
La fosforilació a nivell de substrat no és tan important com el mecanisme descrit anteriorment i, com no requereix de molècules d'oxigen, sol associar-se amb la fermentació. Aquesta via, tot i que és molt ràpida, extreu poca energia, si la comparem amb el procés d'oxidació seria unes quinze vegades menys.
En el nostre organisme, els processos fermentatius ocorren a nivell de l'múscul. Aquest teixit pot funcionar sense oxigen, per això és possible que una molècula de glucosa sigui degrada àcid làctic (quan estem realitzant alguna activitat esportiva exhaustiva, per exemple).
En les fermentacions, el producte final encara posseeix potencial energètic que pot ser extret. En el cas de la fermentació en el múscul, els carbonis en l'àcid làctic estan a el mateix nivell de reducció que els de la molècula inicial: la glucosa.
Així, la producció d'energia passa per la formació de molècules que posseeixen enllaços d'alta energia, entre elles el 1,3-bifosfoglirato i el fosfoenolpiruvat.
A la glucòlisi, per exemple, la hidròlisi d'aquests compostos està lligada a la producció de molècules d'ATP, per això el terme "a nivell de substrat".
Cicle d'ATP
L'ATP mai s'emmagatzema. Està en un cicle continu d'utilització i de síntesi. D'aquesta manera es crea un equilibri entre l'ATP format i el seu producte hidrolitzat, l'ADP.
Font: By Muessig, from Wikimedia Commons
Altres molècules energètiques
L'ATP no és l'única molècula composta per nucleòsids bifosfat que existeixen en el metabolisme cel·lular. Hi ha una sèrie de molècules amb estructures similars a l'ATP que tenen un comportament energètic comparable, encara que no són tan populars com l'ATP.
L'exemple més resaltante és GTP, guanosintrifosfato, que s'usa en el conegut cicle de Krebs i en la via gluconeogénica. Altres menys usats són el CTP, TTP i UTP.
referències
- Guyton, AC, & Hall, JE (2000). Textbook of human physiology.
- Hall, JE (2017). Guyton I Hall Tractat De Fisiologia Mèdica. Elsevier Brasil.
- Hernandez, AGD (2010). Tractat de nutrició: Composició i Qualitat nutritiva Dels Aliments. Ed. Mèdica Panamericana.
- Lim, MY (2010). L'essencial en metabolisme i nutrició. Elsevier.
- Pratt, CW, & Kathleen, C. (2012). Bioquímica. Editorial El Manual Modern.
- Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Fonaments de Bioquímica. Editorial Mèdica Panamericana.