¿Las células funcionan con monedas? Eso es lo que se podría deducir del nombre coloquial que recibe la molécula de adenosín trifosfato: moneda energética. Sin embargo, estas monedas no se refieren a las relacionadas con el dinero, sino a la similitud que existe entre el dinero como herramienta de intercambio de valor y el adenosín trifosfato como herramienta de intercambio de energía en el metabolismo celular.
La estructura del adenosín trifosfato (ATP)
El adenosín trifosfato, o ATP, es un nucleótido fosforilado.
Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por una base nitrogenada, un azúcar pentosa y un fosfato.
- Cuando decimos que un nucleótido está fosforilado, significa que incluye fosfato en su estructura.
Por lo tanto, el ATP consta de tres partes:
- Base nitrogenada: Adenina
- Azúcar pentosa: Ribosa
- Fosfatos: una cadena de tres grupos fosfato.
El ATP es un compuesto orgánico, como los hidratos de carbono y los ácidos nucleicos, por ejemplo. Observa la estructura de anillo de la ribosa —que contiene átomos de carbono— y los otros dos grupos —que contienen hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N) y fósforo (P)—.
Fig 1. La estructura del adenosín trifosfato.
El ATP es un nucleótido y contiene ribosa, un azúcar pentosa al que se unen otros grupos. ¿Te suena esto? Puede que sí, si ya has estudiado los ácidos nucleicos ADN y ARN. Sus monómeros son nucleótidos con un azúcar pentosa (ribosa o desoxirribosa) como base. Por tanto, el ATP es similar a los nucleótidos del ADN y el ARN.
¿Cuál es la función del adenosín trifosfato (ATP)?
El adenosín trifosfato (ATP) es una molécula portadora de energía esencial para todos los organismos vivos. Sirve para transferir la energía química necesaria para los procesos celulares.
Ya sabes que la energía es uno de los requisitos más importantes para el funcionamiento normal de todas las células vivas. Sin ella, no hay vida, ya que los procesos químicos esenciales dentro y fuera de las células no podrían realizarse. Por eso los seres humanos, los animales y las plantas utilizan la energía y almacenan el exceso.
Per, para ser utilizada, esta energía necesita ser transferida primero. El ATP es el responsable de la transferencia, por eso se le suele llamar la moneda energética de las células de los organismos vivos. Como el ATP transfiere energía de una célula a otra, es una fuente de energía inmediata a la que las células pueden acceder rápidamente. La energía del ATP se almacena en los enlaces de alta energía entre los grupos fosfato. Normalmente, el enlace entre el 2º y el 3º grupo fosfato (contado desde la base ribosa) se rompe para liberar energía durante la hidrólisis, como veremos a continuación.
No hay que confundir el almacenamiento de energía en el ATP con el almacenamiento de energía en los carbohidratos y los lípidos. En lugar de almacenar energía a largo plazo, como el almidón o el glucógeno, el ATP capta la energía, la reserva en los enlaces de alta energía y la libera rápidamente, cuando se necesita. Las moléculas de almacenamiento reales, como el almidón, no pueden simplemente liberar energía, pues necesitan del ATP para transferir la energía que almacenan.
ATP y ADP: la hidrólisis del adenosín trifosfato
En la reacción de hidrolisis del adenosín trifosfato (ATP), la energía almacenada en los enlaces entre las moléculas de fosfato se libera. Normalmente, es la tercera molécula (la última de fosfato, contando desde la base de ribosa) la que se desprende del resto del compuesto.
La reacción de hidrólisis del ATP ocurre de la siguiente forma:
- Los enlaces entre las moléculas de fosfato se rompen con la adición de agua. Estos enlaces son inestables y, por tanto, se rompen fácilmente.
- La reacción es catalizada por la enzima ATP hidrolasa (ATPasa).
- El resultado de la reacción es el adenosín difosfato (ADP), un grupo fosfato inorgánico (Pi) y la liberación de energía.
Figura 2. La hidrólisis del ATP produce la formación de ADP, Pi y la liberación de energía.
El enlace entre los otros dos grupos fosfato también pueden romperse. Si se desprende el segundo grupo fosfato, el resultado es la formación de adenosín monofosfato o AMP. De este modo, se libera más energía. Por útlimo, si se rompe el enlace entre el primer grupo fosfato y la ribosa, el resultado es el nucleosido adenosina. En esta reacción de hidrólisis también se libera energía.
La síntesis del adenosín trifosfato (ATP)
La hidrólisis del adenosín trifosfato (ATP) es reversible, lo que significa que los grupos fosfato pueden volver a unirse para formar la molécula completa de ATP. Esto se llama la síntesis del ATP.
En la síntesis de ATP una molécula de fosfato se une al ADP para formar ATP.
El ATP se produce durante la respiración celular y la fotosíntesis, cuando los protones (iones H+) se mueven a través de la membrana celular, a favor de un gradiente electroquímico, por la proteína de canal ATP sintasa. La ATP sintasa también es la enzima que cataliza la síntesis de ATP; se encuentra en la membrana tilacoide de los cloroplastos y en la membrana interna de las mitocondrias, donde se sintetiza el ATP.
¿Alguna vez has oído que las mitocondrias son como las centrales eléctricas de las células? Esto se debe a que contienen ATP sintasa, la cual poduce ATP para la célula.
La síntesis del ATP se produce durante la fosforilación oxidativa, la fosforilación a nivel de sustrato y la fotosíntesis. A su vez, la reacción de síntesis produce moléculas de agua, al crearse los enlaces entre las moléculas de fosfato. Por eso, la reacción de síntesis se denomina también reacción de condensación.
Fig. 3: Representación simplificada de la ATP sintasa y la reacción de síntesis del ATP.
Hay que tener en cuenta que la síntesis de ATP y la ATP sintasa son dos cosas diferentes y, por tanto, no deben utilizarse indistintamente. La primera es la reacción y la segunda es la enzima.
ATP en la fosforilación oxidativa
La mayor cantidad de ATP se produce durante la fosforilación oxidativa. Se trata de un proceso en el que el ATP se forma al utlizar la energía liberada después de que las células oxiden los nutrientes, con la ayuda de enzimas. La fosforilación oxidativa tiene lugar en la membrana de las mitocondrias y es una de las cuatro etapas de la respiración aeróbica celular.
ATP en la fosforilación a nivel de sustrato
La fosforilación a nivel de sustrato es el proceso a través del cual se transfieren moléculas de fosfato para formar ATP.
Tiene lugar en el citoplasma de las células durante la glucólisis (el proceso que extrae energía de la glucosa) y en las mitocondrias durante el ciclo de Krebs (el ciclo en el que se utiliza la energía liberada tras la oxidación del ácido acético).
El ATP en la fotosíntesis
El ATP también se produce durante la fotosíntesis en las células vegetales que contienen clorofila. Esta síntesis tiene lugar en el orgánulo llamado cloroplasto, donde el ATP se produce durante el transporte de electrones desde la clorofila a las membranas de los tilacoides. Este proceso se denomina fotofosforilación y tiene lugar durante la reacción de la fotosíntesis, que depende de la luz.
Puedes leer más sobre esto en el artículo sobre la fotosíntesis y la fase luminosa.
La importancia del adenosín trifosfato (ATP)
Si comparamos el adenosin trifosfato (ATP) con otras fuentes de energía, como la glucosa, vemos que el ATP almacena una menor cantidad de energía. La glucosa es un gigante energético, en comparación con el ATP, porque puede liberar una gran cantidad de energía. Sin embargo, no es tan fácil de manejar como la liberación de energía del ATP.
Las células necesitan su energía rápidamente para mantener su constante actividad, y el ATP suministra esa energía a las células necesitadas a mayor velocidad y de manera más fácil que la glucosa. Por lo tanto, el ATP funciona de forma mucho más eficiente como fuente de energía inmediata que otras moléculas de almacenamiento.
El ATP también se utiliza en varios procesos energéticos de las células:
- Los procesos metabólicos, como la síntesis de biomoléculas como las proteínas y los glúcidos, dependen del ATP. Este libera energía para unir los monómeros de las biomoléculas; es decir, los aminoácidos para las proteínas y la glucosa para el almidón.
- El ATP proporciona energía para la contracción muscular o, más exactamente, el mecanismo de filamentos deslizantes de la contracción muscular. La miosina es una proteína que convierte la energía química almacenada en el ATP en energía mecánica, para generar fuerza y movimiento.
- El ATP también funciona como fuente de energía para el transporte activo. Es crucial para el transporte de biomoléculas a través de un gradiente de concentración.
- Las células epiteliales del intestino lo utilizan en cantidades significativas; sin el ATP no pueden absorber las sustancias en el intestino mediante el transporte activo.
- El ATP permite llevar a cabo el proceso de traducción, al proporcionar la energía para que los aminoácidos se unan al ARNt.
- El ATP es necesario para formar los lisosomas, que tienen un papel importante en la secreción de productos celulares.
- El ATP se utiliza en la señalización sináptica: permite la formacion de acetilcolina (un neurotransmisor), a partir de la colina y el ácido etanoico en acetilcolina (otro neurotransmisor).
- El ATP ayuda a que las reacciones catalizadas por las enzimas se produzcan más rápidamente. Como ya hemos explicado, el fosfato inorgánico (Pi) se libera durante la hidrólisis del ATP. El Pi puede unirse a otros compuestos para hacerlos más reactivos y reducir la energía de activación en las reacciones catalizadas por las enzimas.
Adenosín Trifosfato - Puntos clave
El adenosín trifosfato (ATP) es una molécula portadora de energía esencial para todos los organismos vivos.
El ATP es un nucleótido fosforilado. Está formado por adenina, ribosa y una cadena de tres grupos fosfato.
La energía del ATP se almacena en los enlaces de alta energía entre los grupos fosfato que se rompen para liberar energía durante la hidrólisis.
La síntesis del ATP consiste en la adición de una molécula de fosfato al ADP para formar ATP. El proceso es catalizado por la ATP sintasa.
La síntesis de ATP se produce durante la fosforilación oxidativa, la fosforilación a nivel de sustrato y la fotosíntesis.
El ATP es importante en la contracción muscular, el transporte activo, la síntesis de biomoléculas, la formación de los lisosomas, la señalización sináptica y la reducción de la energía de activacion de la reacciones catalizadas por enzimas.
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