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.
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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