2.9: Glucosa y ATP

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¿Necesitas mucha energía?

Para correr un maratón, probablemente. ¿De dónde viene esta energía extra? La carga de carbohidratos es una estrategia utilizada por los atletas de resistencia para maximizar el almacenamiento de energía, en forma de glucógeno, en los músculos. El glucógeno forma una reserva de energía que puede movilizarse rápidamente para satisfacer una necesidad repentina de glucosa, que luego se convierte en ATP a través del proceso de respiración celular.

Glucosa y ATP

Moléculas portadoras de energía

Sabes que el pescado que comías para el almuerzo contenía moléculas de proteína. Pero, ¿sabes que los átomos en esa proteína podrían haber formado fácilmente el color en el ojo de una libélula, el corazón de una pulga de agua y la cola de látigo de una Euglena antes de que golpearan tu plato como elegante músculo de pez? Los alimentos consisten en moléculas orgánicas (que contienen carbono) que almacenan energía en los enlaces químicos entre sus átomos. Los organismos utilizan los átomos de las moléculas de los alimentos para construir moléculas orgánicas más grandes, incluyendo proteínas, ADN y grasas (lípidos) y utilizan la energía en los alimentos para impulsar los procesos de la vida. Al romper los vínculos en las moléculas de los alimentos, las células liberan energía para construir nuevos compuestos. Aunque parte de la energía se disipa como calor en cada transferencia de energía, gran parte de ella se almacena en las moléculas recién hechas. Los enlaces químicos en las moléculas orgánicas son un reservorio de la energía utilizada para fabricarlos. Alimentadas por la energía de las moléculas de los alimentos, las células pueden combinar y recombinar los elementos de la vida para formar miles de moléculas diferentes. Tanto la energía (a pesar de alguna pérdida) como los materiales (a pesar de ser reorganizados) pasan de productor a consumidor —quizás de colas de algas, a corazones de pulgas de agua, a colores de ojos de libélula, a músculos de peces, ¡a ti!

El proceso de fotosíntesis, que generalmente comienza el flujo de energía a través de la vida, utiliza muchos tipos diferentes de moléculas portadoras de energía para transformar la energía de la luz solar en energía química y construir alimentos. Algunas moléculas portadoras retienen la energía brevemente, desplazándola rápidamente como una papa caliente a otras moléculas. Esta estrategia permite que la energía sea liberada en pequeñas cantidades controladas. Un ejemplo comienza en la clorofila, el pigmento verde presente en la mayoría de las plantas, que ayuda a convertir la energía solar en energía química. Cuando una molécula de clorofila absorbe energía lumínica, los electrones se excitan y “saltan” a un nivel de energía más alto. Los electrones excitados luego rebotan en una serie de moléculas portadoras, perdiendo un poco de energía en cada paso. La mayor parte de la energía “perdida” alimenta alguna tarea celular pequeña, como mover iones a través de una membrana o construir otra molécula. Otro portador de energía a corto plazo importante para la fotosíntesis, el NADPH, retiene la energía química un poco más de tiempo pero pronto la “gasta” para ayudar a generar azúcar.

Dos de las moléculas portadoras de energía más importantes son la glucosa y el trifosfato de adenosina, comúnmente conocido como ATP. Estos son combustibles casi universales en todo el mundo viviente y ambos son actores clave en la fotosíntesis, como se muestra a continuación.

Glucosa

Una molécula de glucosa, que tiene la fórmula química C ₆ H ₁₂ O ₆, lleva un paquete de energía química del tamaño justo para su transporte y absorción por las células. En tu cuerpo, la glucosa es la forma “entregable” de energía, transportada en tu sangre a través de capilares a cada una de tus 100 billones de células. La glucosa es también el carbohidrato producido por la fotosíntesis, y como tal es el alimento casi universal de por vida.

ATP

Las moléculas de ATP almacenan cantidades más pequeñas de energía, pero cada una libera la cantidad justa para realmente hacer el trabajo dentro de una célula. Las proteínas de las células musculares, por ejemplo, se tiran entre sí con la energía liberada cuando los enlaces en ATP se abren (se analiza a continuación). El proceso de fotosíntesis también produce y utiliza ATP, ¡para que la energía genere glucosa! El ATP, entonces, es la forma de energía utilizable para sus células. El ATP se conoce comúnmente como la “moneda de energía” de la célula.

¿Por qué necesitamos tanto glucosa como ATP?

¿Por qué las plantas no solo hacen ATP y se hacen con él? Si la energía fuera dinero, ATP sería un cuarto. Dinero suficiente para operar un parquímetro o lavadora. La glucosa sería un billete de diez dólares, mucho más fácil de llevar en tu billetera, pero demasiado grande para hacer el trabajo real de pagar el estacionamiento o el lavado. Así como encontramos varias denominaciones de dinero útiles, los organismos necesitan varias “denominaciones” de energía, una cantidad menor para trabajar dentro de las células y una mayor cantidad para almacenamiento estable, transporte y entrega a las células. (En realidad una molécula de glucosa sería de aproximadamente $9.50, ya que en las condiciones adecuadas, se producen hasta 38 ATP por cada molécula de glucosa).

Echemos un vistazo más de cerca a una molécula de ATP. Aunque lleva menos energía que la glucosa, su estructura es más compleja. La “A” en ATP se refiere a la mayoría de la molécula, adenosina, una combinación de una base nitrogenada y un azúcar de cinco carbonos. El “TP” indica los tres fosfatos, unidos por enlaces que contienen la energía realmente utilizada por las células. Por lo general, solo el enlace más exterior se rompe para liberar o gastar energía para el trabajo celular.

Una molécula de ATP, que se muestra en la Figura siguiente, es como una batería recargable: su energía puede ser utilizada por la célula cuando se descompone en ADP (adenosina difosfato) y fosfato, y luego el ADP de “batería gastada” se puede recargar usando nueva energía para unir un nuevo fosfato y reconstruir ATP. Los materiales son reciclables, ¡pero recuerda que la energía no lo es!

¿Cuánta energía cuesta hacer el trabajo de tu cuerpo? Una sola célula usa alrededor de 10 millones de moléculas de ATP por segundo y recicla todas sus moléculas de ATP aproximadamente cada 20-30 segundos.

Resumen

La glucosa es el carbohidrato producido por la fotosíntesis. La glucosa rica en energía se suministra a través de la sangre a cada una de sus células.
El ATP es la forma de energía utilizable para sus células.

Revisar

El hecho de que todos los organismos utilicen moléculas similares portadoras de energía muestra un aspecto de la gran “Unidad de Vida”. Nombra dos moléculas portadoras de energía universales y explica por qué la mayoría de los organismos necesitan ambos portadores en lugar de solo uno.
Una sola célula utiliza alrededor de 10 millones de moléculas de ATP por segundo. Explicar cómo las células utilizan la energía y reciclan los materiales en ATP.
El ATP y la glucosa son moléculas que los organismos utilizan para obtener energía. Son como el tanque de un camión cisterna que entrega gasolina a una gasolinera y el tanque de gasolina que contiene el combustible para un automóvil. ¿Qué molécula es como el tanque del camión repartidor, y cuál es como el tanque de gasolina del auto? Explica tu respuesta.

Imagen	Referencia	Atribuciones
	[Figura 1]	Licencia: CC BY-NC
	[Figura 2]	Crédito: Usuario:neurotiker/wikimedia Commons Fuente: commons.wikimedia.org/wiki/Archivo:alpha-D-Glucopyranose.svg Licencia: Dominio público
	[Figura 3]	Crédito: Laura Guerin, usando estructura por usuario:Mysid/Wikimedia Commons Fuente: Fundación CK-12 (estructura disponible en Commons.wikimedia.org/wiki/Archivo:ATP_Structure.svg) Licencia: CC BY-NC 3.0

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