El ATP, o trifosfato de adenosina, es una molécula que desempeña un papel vital en el metabolismo energético de las células. Es la fuente inmediata de energía para muchos procesos biológicos, como la contracción muscular, la transmisión nerviosa y la síntesis de macromoléculas. Constantemente está en un ciclo entre la hidrólisis y la síntesis y se reutiliza una y otra vez en el metabolismo. Por ello, el ATP también se denomina moneda energética.
Estructura del ATP
El ATP es un nucleótido. Es similar a un bloque de construcción de los ácidos nucleicos como el ADN y el ARN. El ATP consta de tres componentes principales: una base nitrogenada, un azúcar y un grupo fosfato. La base nitrogenada en el ATP es la adenina, que es una de las cuatro bases que se encuentran en el ADN y el ARN. El azúcar en el ATP es la ribosa, un azúcar de cinco carbonos que forma parte del esqueleto del ARN. El grupo fosfato en el ATP es en realidad una cadena de tres grupos fosfato. Los tres grupos fosfato en el ATP tienen cargas negativas que se repelen entre sí. Cuando están cerca uno del otro, actúan como un resorte comprimido, creando mucha energía potencial. La hidrólisis de estos enlaces libera más del doble de energía que otros enlaces químicos. Cada molécula de ATP puede liberar 30.54 kJ de energía. No toda esta energía es consumida por los organismos. Parte de la energía se disipará en forma de calor.
Hidrólisis y síntesis del ATP en Bioquímica, ciclo del ATP
El ATP contiene mucha energía y, por lo tanto, es un compuesto inestable. Se descomponen fácilmente mediante la catálisis enzimática. La hidrólisis del ATP es el proceso mediante el cual se descompone el ATP en ADP y un grupo fosfato inorgánico (Pi). Esta reacción libera energía que se puede utilizar para diversas actividades celulares. La hidrólisis del ATP se puede representar mediante la siguiente ecuación química:
ATP + H₂O → ADP + Pi + Energía
La hidrólisis del ATP es reversible, lo que significa que el ADP y el Pi pueden volver a combinarse para formar ATP nuevamente con la ayuda de la ATPasa. Sin embargo, esta reacción requiere una entrada de energía de otra fuente, como la respiración celular o la fotosíntesis. No toda la energía de la respiración se utiliza para sintetizar ATP y el 60% se disipa como energía térmica. Lo mismo ocurre en la fotosíntesis, donde parte de la energía se almacena en polisacáridos. La síntesis del ATP a partir de ADP y Pi se puede representar mediante la siguiente ecuación química:
ADP + Pi + Energía → ATP + H₂O
El ATP y el ADP se encuentran en cantidades muy pequeñas en los seres vivos. Se reciclan para garantizar que las reacciones bioquímicas tengan lugar. Por ejemplo, cuando una célula muscular se contrae, utiliza ATP para impulsar el movimiento. Esto convierte el ATP en ADP y libera energía. Luego, el ADP se recarga con energía proveniente de la respiración para formar ATP nuevamente. Este ciclo se repite constantemente en todas las células vivas. Si el ATP no pudiera regenerarse mediante la fosforilación del ADP, los humanos agotarían casi su peso corporal en ATP cada día.
Cómo el ATP proporciona la energía que realiza las reacciones químicas
Formación de enlaces covalentes: Cuando el ATP se hidroliza, los grupos fosfato se liberan para formar enlaces covalentes con los reactivos. El grupo cargado negativamente altera la distribución de carga del reactante y cambia su conformación. Este proceso se llama fosforilación. La energía en el ATP se transfiere a un intermediario inestable que puede convertirse fácilmente en producto y grupo fosfato con la ayuda de enzimas. Por ejemplo, las proteínas de transporte se fosforilan en el transporte activo. La glutamina se forma a partir del ácido glutámico y el amoníaco.
Unión no covalente: El ATP también puede unirse directamente de manera no covalente a los reactivos sin involucrar una transferencia de grupo. Durante la contracción muscular, el ATP se une no covalentemente a la miosina para mantener su conformación. Cuando la miosina cataliza la hidrólisis del ATP, el ADP y el Pi se separan de la miosina para cambiar su forma. La miosina vuelve a su conformación original hasta que se una otra molécula de ATP.
En la práctica, el ATP rara vez proporciona energía a través de la hidrólisis directa. En su lugar, generalmente implica transferencias de grupos fosfato y cambios en la conformación de los reactivos para liberar energía.
ATP actúa como una molécula señal.
En la retroalimentación negativa biológica, el ATP actúa como una señal de "detención" para la respiración celular. Altos niveles de ATP inhiben la PFK-1 para reducir la velocidad de la glucólisis y, posteriormente, de la respiración aeróbica. Esto indica que la célula tiene suficiente energía y no necesita producir más a través de la respiración celular. Un bajo nivel de ATP levanta la restricción en la glucólisis y, por lo tanto, acelera la respiración aeróbica para producir más energía y ATP.