El ATP (adenosín trifosfato o trifosfato de adenosina), es un tipo de nucleótido que cumple importantes funciones dentro de las células, principalmente relacionadas con el intercambio rápido de energía que se requiere para llevar a cabo la mayoría de las reacciones químicas. Por este motivo, a esta molécula se la suele denominar como la ‘’moneda energética’’ de la célula.
Estructura química del ATP
La molécula de ATP se compone de tres partes:
– Adenina: Es un tipo de base nitrogenada (al igual que la citosina, la timina, la guanina y el uracilo). Se trata de compuestos cíclicos formados por carbono y nitrógeno. La adenina, en particular, está formada por dos anillos y deriva de la purina.
– Ribosa: Es un tipo de azúcar formada por 5 carbonos (pentosa).
– 3 grupos fosfato: Los enlaces covalentes que unen a estos tres grupos fosfato contienen energía que puede ser liberada fácilmente cuando dichos enlaces se rompen (se hidrolizan).
La adenina se une en el carbono 1 (C1) de la ribosa, mientras que el primer grupo fosfato lo hace en el carbono 5 (C5). Cuando la molécula tiene un solo grupo fosfato se llama AMP (adenosín monofosfato). Cuando tiene dos, es ADP (adenosín difosfato). La unión de tres moléculas de fosfato consecutivas da origen al ATP (adenosín trifosfato).
Funciones del ATP
El ATP cumple un rol clave en muchos de los procesos celulares, sobre todo los que requieren de energía para poder llevarse a cabo. Entre ellos, se puede mencionar la contracción muscular, la síntesis de biomoléculas, el transporte activo de sustancias a través de las membranas celulares, etc.
Gracias a que el ATP puede liberar su energía rápida y fácilmente a través de la ruptura del enlace que une al segundo y al tercer grupo fosfato, y al hecho de que es una molécula pequeña que en condiciones fisiológicas se encuentra disponible en todas las regiones de la célula, constituye la moneda de intercambio energético de la misma.
Moléculas más grandes como el glucógeno (en los animales, los hongos y las bacterias) y el almidón (en las plantas) presentan energía contenida en sus enlaces, razón por la cual representan las reservas energéticas para las células. Pero para que dicha energía pueda ser utilizada deben ocurrir una serie de reacciones metabólicas que degraden esas moléculas (las oxiden), dando como resultado moléculas de ATP listas para ser utilizadas de forma inmediata cuando son requeridas.
Hidrólisis de ATP
La hidrólisis del ATP se refiere al proceso mediante el cual el enlace que une al segundo y al tercer fosfato de dicha molécula se rompe, liberando energía que puede ser utilizada para realizar los procesos celulares que se mencionaron anteriormente. Esta ruptura de los enlaces es catalizada por enzimas denominadas ATPasas, que se encargan de acoplar energéticamente la hidrólisis del ATP con las reacciones que requieren energía dentro de la célula.
Como resultado de la hidrólisis del ATP, además de energía, se obtienen como productos ADP y fosfato inorgánico. Estos quedan disponibles para ser utilizados como reactivos en una reacción de síntesis de ATP (ver después).
En otros casos, el tercer grupo fosfato del ATP (el terminal) puede ser transferido a otra molécula, que será fosforilada. Esto le otorga a dicha molécula una cierta cantidad de energía que puede permitirle participar en una reacción química que la requiera, o bien cumplir con una función determinada. Al proceso mediante el cual se produce el traspaso del fosfato terminal del ATP a otra molécula se lo denomina fosforilación, y es llevado a cabo por unas enzimas específicas denominadas quinasas o cinasas. En contraposición, otro grupo de enzimas, denominadas fosfatasas, se encargan de desfosforilar a las moléculas fosforiladas, eliminando su grupo fosfato. Gracias a su acción, las quinasas y las fosfatasas tienen la capacidad de regular muchos de los procesos celulares activando o inhibiendo diferentes enzimas.
En los animales termorreguladores, como los mamíferos y las aves, la hidrólisis del ATP (particularmente en los músculos esqueléticos) permite el mantenimiento de la temperatura corporal, ya que parte de la energía liberada en el proceso se transforma en calor.
Síntesis de ATP
La síntesis de ATP se produce a través de la fosforilación del ADP, es decir, de la unión de un tercer grupo fosfato inorgánico a las moléculas de ADP. Esto puede producirse de varias maneras:
La principal vía de síntesis de ATP se da a través del proceso de respiración celular, en el cual una molécula orgánica, como la glucosa, por ejemplo, va perdiendo electrones (se oxida) en presencia de oxígeno, y se obtiene como resultado dióxido de carbono, agua, y energía en forma de moléculas de ATP. Los electrones liberados participan en la cadena de transporte de electrones en la membrana interna mitocondrial generando un gradiente de protones que al pasar de un lado al otro de la membrana a través de una enzima denominada ATP sintasa, produce la fosforilación de ADP formando ATP. Dado que este tipo de síntesis del ATP se produce a través de un proceso de oxidación de moléculas orgánicas se lo denomina fosforilación oxidativa, y requiere de la presencia de oxígeno ya que es el aceptor final de los electrones liberados.
Por otra parte, la fosforilación del ADP para formar ATP también puede producirse mediante la trasferencia directa de un grupo fosfato de una molécula fosforilada al ADP. En este caso interviene una enzima específica, encargada de realizar dicha transferencia entre los dos sustratos. Por esta razón, este proceso de denomina fosforilación a nivel del sustrato y no requiere de la presencia de oxígeno para poder llevarse a cabo. Durante la glucólisis se forman algunas moléculas de ATP a través de este mecanismo.
En los organismos fotosintéticos también se produce ATP durante la etapa luminosa del proceso de fotosíntesis. A través de un mecanismo similar al de la respiración celular mencionado anteriormente, en el que participa una cadena de transporte de electrones, un gradiente de potencial de protones y una enzima ATP sintasa, se sintetiza ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. En este caso, el flujo de electrones se produce dentro de los cloroplastos y es estimulado por energía luminosa, razón por la cual a este tipo de fosforilación se lo denomina fotofosforilación.
Referencias bibliográficas
• Curtis, H. y Cols. (2022). ‘’Biología en contexto social’’. Octava edición. Buenos Aires: Médica Panamericana.• Murray W. Nabors y Cols. (2006). ‘’Introducción a la Botánica’’. Madrid: Pearson Educación S.A.
• Silbernagl, S. & Despopoulos, A. (2011). ''Fisiología''. Buenos Aires: Médica Panamericana.
Autora
Escrito por Tatiana Bengochea para la Edición #112 de Enciclopedia Asigna, en 05/2022. Tatiana es Lic. en Ciencias Biológicas y Prof. en Biología. Graduada en la UBA, Arg.