7.3: Energía en Sistemas Vivos - ATP en el Metabolismo
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- Compare los dos métodos por los cuales las células utilizan ATP para obtener energía.
ATP en Sistemas Vivos
Una célula viva no puede almacenar cantidades significativas de energía libre. El exceso de energía libre resultaría en un aumento de calor en la celda, lo que llevaría a un movimiento térmico excesivo que podría dañar y luego destruir la celda. Más bien, una célula debe ser capaz de manejar esa energía de una manera que permita que la célula almacene energía de manera segura y la libere para su uso según sea necesario. Las células vivas logran esto usando el compuesto trifosfato de adenosina (ATP). El ATP a menudo se llama la “moneda de energía” de la célula y se puede utilizar para llenar cualquier necesidad energética de la célula.
Estructura y función de ATP
El núcleo del ATP es una molécula de monofosfato de adenosina (AMP), que está compuesta por una molécula de adenina unida a una molécula de ribosa y a un solo grupo fosfato. La ribosa es un azúcar de cinco carbonos que se encuentra en el ARN, y AMP es uno de los nucleótidos en el ARN. La adición de un segundo grupo fosfato a esta molécula central da como resultado la formación de adenosina difosfato (ADP); la adición de un tercer grupo fosfato forma adenosina trifosfato (ATP).
La adición de un grupo fosfato a una molécula requiere energía. Los grupos fosfato están cargados negativamente y, por lo tanto, se repelen entre sí cuando están dispuestos en una serie, ya que están en ADP y ATP. Esta repulsión hace que las moléculas de ADP y ATP sean inherentemente inestables. La liberación de uno o dos grupos fosfato del ATP, un proceso llamado desfosforilación, libera energía.
Energía de ATP
La hidrólisis es el proceso de romper macromoléculas complejas. Durante la hidrólisis, el agua se divide, o se lisa, y el átomo de hidrógeno resultante (H +) y un grupo hidroxilo (OH —) se agregan a la molécula más grande. La hidrólisis de ATP produce ADP, junto con un ion fosfato inorgánico (P i), y la liberación de energía libre. Para llevar a cabo procesos de vida, el ATP se descompone continuamente en ADP y, al igual que una batería recargable, el ADP se regenera continuamente en ATP mediante la reincorporación de un tercer grupo fosfato. El agua, que se descompuso en su átomo de hidrógeno y grupo hidroxilo durante la hidrólisis de ATP, se regenera cuando se agrega un tercer fosfato a la molécula de ADP, reformando ATP.
Obviamente, se debe infundir energía en el sistema para regenerar ATP. En casi todos los seres vivos de la tierra, la energía proviene del metabolismo de la glucosa. De esta manera, el ATP es un vínculo directo entre el conjunto limitado de vías exergónicas del catabolismo de la glucosa y la multitud de vías endergónicas que alimentan las células vivas.
Fosforilación
Cuando el ATP se descompone por la eliminación de su grupo fosfato terminal, se libera energía y puede ser utilizada para hacer trabajo por la célula. A menudo el fosfato liberado se transfiere directamente a otra molécula, como una proteína, activándola. Por ejemplo, el ATP suministra la energía para mover las proteínas musculares contráctiles durante el trabajo mecánico de la contracción muscular. Recordemos el trabajo de transporte activo de la bomba de sodio-potasio en membranas celulares. La fosforilación por ATP altera la estructura de la proteína integral que funciona como bomba, cambiando su afinidad por el sodio y el potasio. De esta manera, la celda realiza un trabajo, utilizando energía del ATP para bombear iones contra sus gradientes electroquímicos.
A veces la fosforilación de una enzima conduce a su inhibición. Por ejemplo, el complejo piruvato deshidrogenasa (PDH) podría ser fosforilado por piruvato deshidrogenasa quinasa (PDHK). Esta reacción conduce a la inhibición de la PDH y su incapacidad para convertir el piruvato en acetil-CoA.
Energía de la hidrólisis de ATP
La energía del ATP también se puede utilizar para impulsar reacciones químicas acoplando la hidrólisis de ATP con otro proceso de reacción en una enzima. En muchas reacciones químicas celulares, las enzimas se unen a varios sustratos o reactivos para formar un complejo intermedio temporal que permite que los sustratos y reactivos reaccionen más fácilmente entre sí. En reacciones donde el ATP está involucrado, el ATP es uno de los sustratos y el ADP es un producto. Durante una reacción química endergónica, el ATP forma un complejo intermedio con el sustrato y la enzima en la reacción. Este complejo intermedio permite que el ATP transfiera su tercer grupo fosfato, con su energía, al sustrato, un proceso llamado fosforilación. La fosforilación se refiere a la adición del fosfato (~P). Cuando el complejo intermedio se rompe, la energía se utiliza para modificar el sustrato y convertirlo en un producto de la reacción. La molécula de ADP y un ion fosfato libre se liberan en el medio y están disponibles para su reciclaje a través del metabolismo celular. Esto se ilustra por la siguiente reacción genérica:
A + enzima + ATP→ [Enzima A −P] B + enzima + ADP + ion fosfato
Puntos Clave
- Las células requieren un suministro constante de energía para sobrevivir, pero no pueden almacenar esta energía como energía libre ya que esto daría como resultado temperaturas elevadas y destruiría la célula.
- Las células almacenan energía en forma de trifosfato de adenosina, o ATP.
- La energía se libera cuando el grupo fosfato terminal se elimina del ATP.
- Para utilizar la energía almacenada como ATP, las células acoplan la hidrólisis del ATP a una reacción energéticamente desfavorable para permitirle proceder o transferir uno de los grupos fosfato del ATP a un sustrato proteico, provocando que cambie las conformaciones y por lo tanto la preferencia energética.
Términos Clave
- fosforilación: la adición de un grupo fosfato a un compuesto; a menudo catalizada por enzimas
- trifosfato de adenosina: un trifosfato de nucleósido multifuncional utilizado en las células como coenzima, a menudo llamada la “unidad molecular de la moneda de energía” en la transferencia de energía intracelular
- fosfato: Cualquier sal o éster de ácido fosfórico
Contribuciones y Atribuciones
- trifosfato de adenosina. Proporcionado por: Wikipedia. Ubicado en: es.wikipedia.org/wiki/Adenosina%20Trifosfato. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
- Colegio OpenStax, Biología. 16 de octubre de 2013. Proporcionado por: OpenStax CNX. Ubicado en: http://cnx.org/content/m44430/latest...ol11448/latest. Licencia: CC BY: Atribución
- respiración celular. Proporcionado por: Wikipedia. Ubicado en: es.wikipedia.org/wiki/Cellular%20Respiración. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
- fotosíntesis. Proporcionado por: Wikcionario. Ubicado en: es.wiktionary.org/wiki/fotosíntesis. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
- Colegio OpenStax, Introducción. 16 de octubre de 2013. Proporcionado por: OpenStax CNX. Ubicado en: http://cnx.org/content/m44430/latest...e_07_00_01.jpg. Licencia: CC BY: Atribución
- Colegio OpenStax, Biología. 16 de octubre de 2013. Proporcionado por: OpenStax CNX. Ubicado en: http://cnx.org/content/m44431/latest...ol11448/latest. Licencia: CC BY: Atribución
- reducción. Proporcionado por: Wikcionario. Ubicado en: es.wiktionary.org/wiki/reduction. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
- oxidación. Proporcionado por: Wikcionario. Ubicado en: es.wiktionary.org/wiki/oxidación. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
- Sin límites. Proporcionado por: Boundless Learning. Ubicado en: www.boundless.com//biology/de... ectron-shuttle. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
- nicotinamida adenina dinucleótido. Proporcionado por: Wikcionario. Ubicado en: es.wiktionary.org/wiki/nicoti... e_dinucleótido. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
- Colegio OpenStax, Introducción. 16 de octubre de 2013. Proporcionado por: OpenStax CNX. Ubicado en: http://cnx.org/content/m44430/latest...e_07_00_01.jpg. Licencia: CC BY: Atribución
- Colegio OpenStax, Energía en Sistemas Vivos. 16 de octubre de 2013. Proporcionado por: OpenStax CNX. Ubicado en: http://cnx.org/content/m44431/latest...07_01_01ab.jpg. Licencia: CC BY: Atribución
- trifosfato de adenosina. Proporcionado por: Wikipedia. Ubicado en: es.wikipedia.org/wiki/Adenosina%20Trifosfato. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
- Colegio OpenStax, Biología. 16 de octubre de 2013. Proporcionado por: OpenStax CNX. Ubicado en: http://cnx.org/content/m44431/latest...ol11448/latest. Licencia: CC BY: Atribución
- fosforilación. Proporcionado por: Wikcionario. Ubicado en: es.wiktionary.org/wiki/fosforilación. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
- fosfato. Proporcionado por: Wikcionario. Ubicado en: es.wiktionary.org/wiki/phosphate. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
- Colegio OpenStax, Introducción. 16 de octubre de 2013. Proporcionado por: OpenStax CNX. Ubicado en: http://cnx.org/content/m44430/latest...e_07_00_01.jpg. Licencia: CC BY: Atribución
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