2.1 El ATP como fuente de energía libre en los sistemas biológico
El trifosfato de adenosina o adenosín trifosfato (ATP-9 es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tresgrupos fosfato
Se produce durante la fotorespiración y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catalisis de numerosos procesos químicos. Su fórmula es C10H16N5O13P3.
2.2 Estructura del ATP: inestabilidad, formación de híbridos de
resonancia y
Las
reservas de ATP en el organismo no exceden de unos pocos segundos de consumo.
En principio, el ATP se produce de forma continua, pero cualquier proceso que
bloquee su producción provoca la muerte rápida (como es el caso de determinados
gases de combate diseñados para tal fin; o venenos como el cianuro, que
bloquean la cadena respiratoria; o el arsénico, que sustituye el fósforo y hace
que sean inutilizables las moléculas fosfóricas).
Las moléculas de creatina enlazan un fosfato mediante un enlace rico en energía como el ATP. El ADP puede convertirse en ATP por acoplamiento con la hidrólisis de fosfato de creatina. La creatina, por tanto, recicla el fosfato liberado por la hidrólisis de la molécula de ATP original. Esto ayuda a mantener la energía fácilmente movilizada sin agotar las reservas de ATP.
Las moléculas de creatina enlazan un fosfato mediante un enlace rico en energía como el ATP. El ADP puede convertirse en ATP por acoplamiento con la hidrólisis de fosfato de creatina. La creatina, por tanto, recicla el fosfato liberado por la hidrólisis de la molécula de ATP original. Esto ayuda a mantener la energía fácilmente movilizada sin agotar las reservas de ATP.
2.3 Hidrólisis de ATP y energía libre
Debido
a la presencia de enlaces ricos en energía (entre los grupos fosfato son los
enlaces anhídrido del ácido), esta molécula se utiliza en los seres vivos para
proporcionar la energía que se consume en las reacciones químicas. De hecho, la
reacción de hidrólisis de la adenosina trifosfato en adenosina difosfato y
fosfato es una reacción exergónica donde la variación de entalpía libre estándar
es igual a -30,5 kJ/mol:
La reacción de hidrólisis del ATP en adenosín monofosfato (y pirofosfato) es una reacción exergónica donde la variación de entalpía libre estándar es igual a -42 kJ/mo. La energía se almacena en los enlaces entre los grupos fosfato. Sin embargo, hay un nivel de entalpía a sobrepasar antes de liberar esta energía (estado de transición). Esto explica por qué la hidrólisis de los enlaces pirofosfato no sucede todo el tiempo. Las enzimas son capaces de reducir ese umbral de entalpía para utilizar la energía liberada.
La reacción de hidrólisis del ATP en adenosín monofosfato (y pirofosfato) es una reacción exergónica donde la variación de entalpía libre estándar es igual a -42 kJ/mo. La energía se almacena en los enlaces entre los grupos fosfato. Sin embargo, hay un nivel de entalpía a sobrepasar antes de liberar esta energía (estado de transición). Esto explica por qué la hidrólisis de los enlaces pirofosfato no sucede todo el tiempo. Las enzimas son capaces de reducir ese umbral de entalpía para utilizar la energía liberada.
2.4 Hidrólisis de ATP acoplada a las reacciones bioquímicas no
espontáneas.
El metabolismo oxidativo de glúcidos, grasas y proteínas frecuentemente se
divide en tres etapas, de las cuales, el ciclo de Krebs supone la segunda. En
la primera etapa, los carbonos de estas macromoléculas dan lugar a moléculas de
acetil-CoA de dos carbonos, e incluye las vías catabólicas de aminoácidos (p.
ej. desaminación oxidativa), la beta oxidación de ácidos grasos y la
glucólisis. La tercera etapa es la fosforilación oxidativa, en la cual el poder
reductor (NADH y FADH2) generado se emplea para la síntesis de ATP
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