21.4: Estrategias de Metabolismo - ATP y Transferencia de Energía

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Objetivos de aprendizaje

Describir la importancia del ATP como fuente de energía en los organismos vivos.

El trifosfato de adenosina (ATP), un nucleótido compuesto por adenina, ribosa y tres grupos fosfato, es quizás el más importante de los llamados compuestos ricos en energía en una célula. Su concentración en la célula varía de 0.5 a 2.5 mg/mL de líquido celular.

Los compuestos ricos en energía son sustancias que tienen características estructurales particulares que conducen a una liberación de energía después de la hidrólisis. Como resultado, estos compuestos son capaces de suministrar energía para procesos bioquímicos que requieren energía. La característica estructural importante en ATP es el enlace anhídrido de ácido fosfórico, o pirofosfato:

El enlace pirofosfato, simbolizado por un garabato (~), se hidroliza cuando el ATP se convierte en adenosina difosfato (ADP). En esta reacción de hidrólisis, los productos contienen menos energía que los reactivos; hay una liberación de energía (> 7 kcal/mol). Una razón de la cantidad de energía liberada es que la hidrólisis alivia las repulsiones electrón-electrón experimentadas por los grupos fosfato cargados negativamente cuando están unidos entre sí (Figura 20.1.1).

Figura\(\PageIndex{1}\): Hidrólisis de ATP para formar ADP

La energía se libera porque los productos (ADP e ion fosfato) tienen menos energía que los reactivos [ATP y agua (H ₂ O)].

La ecuación general para la hidrólisis de ATP es la siguiente:

\[ATP + H_2O → ADP + P_i + 7.4\; kcal/mol \nonumber \]

Si la hidrólisis de ATP libera energía, su síntesis (a partir de ADP) requiere energía. En la célula, el ATP es producido por aquellos procesos que suministran energía al organismo (absorción de energía radiante del sol en plantas verdes y descomposición de alimentos en animales), y es hidrolizado por aquellos procesos que requieren energía (la síntesis de carbohidratos, lípidos, proteínas; la transmisión del nervio impulsos; contracciones musculares). De hecho, el ATP es el principal medio de intercambio de energía en los sistemas biológicos. Muchos científicos lo llaman la moneda energética de las células.

\(P_i\)es el símbolo de los aniones fosfato inorgánico\(H_2PO_4^−\) y\(HPO_4^{2−}\).

El ATP no es el único compuesto de alta energía necesario para el metabolismo. Varios otros se enumeran en la Tabla\(\PageIndex{1}\). Observe, sin embargo, que la energía liberada cuando se hidroliza ATP está aproximadamente a medio camino entre la de los compuestos de fosfato de alta energía y baja energía. Esto significa que la hidrólisis de ATP puede proporcionar energía para la fosforilación de los compuestos que se encuentran debajo de él en la tabla. Por ejemplo, la hidrólisis de ATP proporciona suficiente energía para la fosforilación de glucosa para formar glucosa 1-fosfato. De la misma manera, la hidrólisis de compuestos, como el fosfato de creatina, que aparecen por encima de ATP en la tabla puede proporcionar la energía necesaria para resintetizar ATP a partir de ADP.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Energía liberada por hidrólisis de algunos compuestos de fosfato
Tipo	Ejemplo	Energía liberada (kcal/mol)
fosfato de acilo	1,3-bisfosfosglicerato (BPG)	−11.8
fosfato de acilo	fosfato de acetilo	−11.3
fosfatos de guanidina	fosfato de creatina	−10.3
fosfatos de guanidina	fosfato de arginina	−9.1
pirofosfatos	PP _i _* → 2P _i	−7.8
	ATP → AMP + PP _i	−7.7
	ATP → ADP + P _i	−7.5
	ADP → AMP + P _i	−7.5
fosfatos de azúcar	glucosa 1-fosfato	−5.0
	fructosa 6-fosfato	−3.8
	AMP → adenosina + P _i	−3.4
	glucosa 6-fosfato	−3.3
	glicerol 3-fosfato	−2.2
*PP _i es el ion pirofosfato.

Resumen

La hidrólisis de ATP libera energía que puede ser utilizada para procesos celulares que requieren energía.