domingo, 7 de febrero de 2016

ATP y otros compuestos de “alta energía”

Reacción de oxidación glucosa: No deja de ser una reacción de combustión.
Si se produce demasiada energía, no se puede aprovechar y la energía se disipa en forma de calor. Si la producción de energía se hace poco a poco la energía se aprovecha y es por eso por lo que todo esto se hace de manera secuencial.
Así, en la oxidación metabólica de la glucosa, la energía se “aprovecha” al almacenarse en forma de energía química.
El ATP constituye la principal molécula de reserva e intercambio de esta energía química.
Permitirá que la célula lleve a cabo procesos como la contracción muscular, la generación y mantenimiento de gradientes, conducción de impulsos nerviosos...
Su “hidrólisis” exergónica estará acoplada a toda clase de procesos endergónicos celulares.
ATP à ADPà AMPà Adenosina (nucleósido de adenina)
Los colores distintos es por sus naturalezas distintas y así liberan diferentes cantidades de energía (31Kj mol los rojos y 14 los azules).
El ATP es el usado como moneda de cambio energético por convergencia evolutiva

Hidrólisis de ATP

Sólo dos enlaces fosfoanhidridos se pueden hidrolizar.
Molécula metaestable: inestable metabólicamente y estable cinéticamente
Los enlaces liberan mucha energía dado que son inestables los enlaces fosfoanhídridos.
·       Energía de resonancia. El ATP tiende a la hidrólisis dado que tiene más energía hidrolizado que no hidrolizado.
·       Repulsión cargas electroestática. La densidad de carga por superficie es mayor en el producto no hidrolizado que en el hidrolizado. Por tanto la hidrólisis lo que hace es aliviar esa situación de repulsión hidrostática y así el ATP tiende a la hidrólisis.
·       Energía de estabilización por solvatación. Estamos en un medio acuoso (la célula). Entre agua y el fósforo hay relaciones de enlaces de hidrógeno e interacciones carga-dipolo permanente. Hay tanta cantidad de grupos atómicos que al agua le cuesta poder solvatar efectivamente todas las cargas pero en el producto hidrólisis se alivia dado que el agua puede acercarse de manera más efectiva y realiza esas interacciones. Así la energía de estabilización por solvatación es mayor en el producto de hidrólisis que en el producto sin hidrolizar.
El ATP es una molécula metaestable por lo que solo hidrolizaría el ATP si hay un catalizador.
El AMP no se puede hidrolizar a fosfato y nucleósido de adenida. El último P no se hidroliza porque no es de interés ya que no liberaría la energía suficiente como para hacerla y así no se han hecho enzimas que lo catalicen.
Propiedades del ATP:
1)      Nada en especial frente a otros nucleósidos trifosfato.
2)      Los enlaces fosfoanhídrido poseen energía de hidrólisis de -30 kj/mol, aprox.
3)      Sin embargo, la molécula de ATP es estable. Su hidrólisis aunque muy exergónica es cinéticamente desfavorable.
4)      El enlace fosfodiester posee una energía de hidrólisis de tan sólo -14 kj/mol.

¿A qué se debe que los enlaces fosfoanhídrido del ATP posean esa energía de hidrólisis?
·       Estabilización por resonancia de estos enlaces es menor en el ATP que en la forma hidrolizada.
·       Repulsiones electrostáticas entre los grupos cargados son mayores en el ATP que en los productos de hidrólisis.
·       Menor energía de solvatación de los enlaces fosfoanhídridos del ATP que en los productos de hidrólisis.
Acoplamiento de la hidrólisis del ATP a reacciones endergónicas:
1)      No se produce una verdadera hidrólisis del ATP.
2)      Se produce la transferencia de un grupo fosfato, liberándose ADP, o de un grupo AMP, liberándose pirofosfato. 
3)      Sería más preciso hablar de energía de “transferencia de grupos fosfato” que de energía de hidrólisis.
Por otro lado, el ATP no es el compuesto cuya energía de hidrólisis es mayor. Dado que sino no se podría sintetizar ATP. Formas de síntesis de ATP: fotofosforilación y fosforilaciones a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa.
La energía libre de los enlaces fosfoanhídridos de compuestos de alta energía como ATP, puede ser usada para conducir reacciones hacia el equlibrio incluso cuando los grupos fosforil no son transferidos a otros compuestos orgánicos. Por ejemplo, la hidrólisis del ATP provee la energía libre para la operación de las chaperonas, crontracción muscular y transporte transmembrana activo. En la siguiente imagen se ve la fosforilación de ADP por el fosfoenolpiruvato para formar piruvato y ATP. La reacción ha sido conceptualmente descompuesta en un paso de fosforilación directa y un paso en el cual ATP es hidrolizado. Ambas reacciones proceden en la dirección que hace la totalidad de la reacciones exergónica.  Esto es la fosforilación a nivel de sustrato.
Pirofosfatos inorgánicos catalizan la escisión de uniones adicionales fosfoanhídridas.
Aunque muchas reacciones pasan ATP a ADP y Pi, otras pasan a AMP y PPi (escisión de pirofosfato). En estos segundos casos, el PPi es rápidamente hidrolizado a 2Pi por una pirofosfatasa inorgánica así la producción de ATP finalmente consume dos enlaces fosfoanhídrido altamente energéticos. La unión de los aminoácidos a las moléculas de ARNt para la síntesis de proteínas es un ejemplo de este fenómeno. Los dos pasos de la principal reacción son reversibles porque las energías libres de la hidrólisis de las uniones son comparables a la hidrólisis de ATP. El total de la reacción  es conducida a la finalización por la hidrólisis irreversible de PPi
*LeChatelier hace que la reacción sea empujada a producir nuevo producto

Otros componentes fosforilados:

La posición de ATP en relación a la alta energía y la baja energía de los componentes fosfato: Los grupos fosoforil van desde los donadores de alta energía, vía el sistema de ATP-ADP, a aceptores de baja energía.
Estas reacciones son catalizadas por enzimas llamadas quinasas, que transfieren grupos desde el ATP a otros compuestos o desde componentes fosforilados a ADP.
Aquellos componentes cuyos potenciales de transferencia de un grupo fosfato son más grandes que el ATP, tienen efectos estabilizadores adicionales.




El alto potencial de transferencia de grupo fosforil de las fosfoguanidinas, las fosfocreatinas y las fosfoargininas, resultan de la competencia de resonancia en el grupo guanidino.

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