El ATP

En todas las células es necesario un mecanismo de almacenamiento de energía libre.

Así, cuando la glucosa es degradada completamente hasta dióxido de carbono y agua, con la participación del oxígeno molecular del aire en los procesos catabólicos, la cantidad de energía libre disponible para la célula es de 686 kcal/mol (hay que recordar que la variación de energía libre en un proceso endergónico es un valor negativo):

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 686 kcal/mol

Parte de esta energía se emplea en la síntesis de moléculas de adenosín trifosfato o ATP a partir de ácido fosfórico y de otro compuesto químico similar: el ADP o adenosín difosfato, según la reacción:

ADP + H₃PO₄ + 7,3 kcal/mol → ATP + H₂O

Esta reacción es endergónica y en consecuencia, solamente se puede producir si está acoplada a alguna reacción exergónica. La reacción inversa, en cambio, es un proceso exergónico:

ATP + H₂O → ADP + ADP + H₃PO₄ + 7,3 kcal/mol

El ATP y las reacciones de fosforilización y de desfosforilación expuestas actúan como mecanismos de almacenamiento y transporte de energía libre en los procesos metabólicos de todas las células, es decir, como monedas de intercambio energético que permiten todas las funciones celulares.

La capacidad para ceder y captar energía de sistema ATP → ADP se debe a la repulsión entre las cargas negativas de los grupos fosfato. Estos grupos almacenan energía libre que se libera cuando tales cuerpos se hidrolizan de la misma forma que un muelle tensionado provoca un trabajo físico en el momento de romperse, liberando así la energía potencial.

A pesar de su caracter universal, el ATP no es la única biomolécula de intercambio energético. El mismo ADP puede ceder energía a través de la siguiente reacción de desfosforilación:

ADP + H₂O → AMP + H₃PO₄ + 7,3 kcal/mol

También el adenosín monofosfato o AMP puede hidrolizarse a desfosforilarse y formar un nucleósido, la adenosina, a través de una reacción exergónica.

AMP + H₂O → Adenosina + H₃PO₄ + 3,4 kcal/mol

Por otra parte, en diferentes procesos metabólicos encontramos otros nucleótidos trifosfato que cumplen papeles similares al ATP; así, en el proceso de síntesis de glúcidos participa como intermediario metabólico el uridín trifosfato o UTP, en la síntesis de lípidos interviene el citidín trifosfato o CTP, y finalmente, en la síntesis de proteínas se encuentra el GTP.

Mecanismos de síntesis de ATP en la célula

La síntesis de ATP en la célula se realiza mediante dos mecanismos.

• Fosforilación oxidativa. La síntesis de ATP se produce de manera acoplada a la cadena de transporte de electrones de la mitocondria y en la fase luminosa de la fotosíntesis.
  Representa la ruta más importante para la síntesis de ATP en condiciones aeróbicas( en presencia de oxígeno).
  Las enzimas que catalizan estas síntesis de ATP son las ATP sintasas o ATPasas. Se caracterizan por el hecho de que pueden aprovechar la energía que se libera cuando las atraviesa un flujo de H⁺ a favor de gradiente, para fosforilar ADP transformándolo en ATP.
• Fosforilación a nivel de sustrato. La síntesis de ATP se produce de forma acoplada a ciertas reacciones catabólicas, altamente exergónicas. Estas reacciones existe, por ejemplo, en la glucólisis y en el ciclo de Krebs.
  Representa la única forma posible de síntesis de ATP en condiciones anaerobias (en ausencia de oxígeno).
  Las enzimas que catalizan estas síntesis de ATP se denominan quinasas.