Te explicamos qué es el ATP, para qué sirve y cómo se produce esta molécula. Además, glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa.
¿Qué es el ATP?
El ATP es una molécula orgánica que se encuentra dentro de las células. Sus siglas designan al adenosín trifosfato (en inglés, adenosine triphosphate), un compuesto perteneciente al grupo de los nucleótidos, fundamental para las reacciones químicas celulares que requieren energía.
El nombre del ATP proviene de la composición de esta molécula, formada por adenina (una base nitrogenada) enlazada con el átomo de carbono de una molécula de ribosa (un azúcar) y a su vez con tres grupos fosfato (moléculas formadas por carbono y fósforo que tienen carga negativa).
Todo ello se resume en la fórmula molecular del ATP:
C10H16N5O13P3
La molécula de ATP fue descubierta por primera vez en 1929 en una muestra humana de tejido muscular en Estados Unidos por Cyrus H. Fiske y Yellapragada SubbaRow, y de forma independiente en Alemania por el bioquímico Karl Lohmann.
Si bien la molécula del ATP fue descubierta en 1929, no se tuvo constancia de su funcionamiento e importancia en los distintos procesos de transferencia energética de la célula hasta 1941, gracias a los estudios del bioquímico germano-estadounidense Fritz Albert Lipmann (ganador del Premio Nobel en 1953, junto con Krebs).
Ver además: Metabolismo
¿Qué significa ATP?
Las siglas ATP provienen de “adenosine triphosphate”, un término en inglés para denominar al trifosfato de adenosina, una molécula orgánica formada por tres componentes fundamentales:
- Azúcar. Consiste en un tipo de carbohidrato de 5 carbonos denominado ribosa.
- Base nitrogenada. Consiste en un tipo de compuesto químico rico en átomos de nitrógeno denominado adenina.
- Grupo fosfato. Consiste en un grupo de átomos de carbono y fósforo, que se encuentra cargado negativamente. El ATP tiene tres grupos fosfato unidos entre sí, a través de uniones de alta energía.
¿Para qué sirve el ATP?
La función del ATP es ser aporte energético en las reacciones bioquímicas que se producen en el interior de la célula. Permite contener gran cantidad de energía en un espacio reducido.
A menudo se dice que el ATP es la “moneda energética” del metabolismo celular, es decir, de las reacciones químicas que ocurren dentro de las células.
El ATP contiene momentáneamente la energía química liberada durante los procesos metabólicos de descomposición de los alimentos (catabolismo). Luego, esta energía, se extrae del ATP y se utiliza en reacciones químicas que necesitan un aporte energético (anabolismo).
¿Cómo funciona el ATP?
El ATP funciona poniendo a disposición una gran cantidad de energía química, que puede ser utilizada donde y cuando se necesite. Esta energía está depositada en los enlaces químicos entre los grupos fosfato del ATP.
Cuando el ATP se rompe (mediante una reacción en la que interviene una molécula de agua), junto con la liberación de energía, también se libera un grupo fosfato inorgánico (Pi) y una molécula de ADP (adenosín difosfato).
ATP + H20 ⇆ ADP + Pi + Energía
Esta reacción puede ocurrir en sentido inverso, siempre que exista un aporte de energía adicional para convertir el ADP en ATP nuevamente. De este modo, puede decirse que el ADP funciona como una “batería descargada”, que al cargarse con un nuevo grupo fosfato se convierte en ATP, la “batería cargada”.
¿Cómo se produce el ATP?
En las células eucariotas, el ATP se origina dentro de las mitocondrias, que son los compartimentos internos especializados en varios procesos metabólicos fundamentales: el ciclo de Krebs, la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa. A través de estas rutas metabólicas, la mitocondria logra extraer la energía contenida en las moléculas de los alimentos y convertirla en moléculas útiles para la célula, es decir, en ATP.
Cuando se ingieren alimentos, las moléculas ricas en energía que los integran comienzan a degradarse por procesos digestivos, que son característicos de cada especie (por ejemplo, los seres humanos contamos con los órganos del sistema digestivo). De este modo, las moléculas que llegan al interior de las células ingresan como moléculas sencillas.
El desafío de la célula consiste, entonces, en extraer la energía química de las moléculas alimenticias (como la glucosa) para convertirla en moléculas de ATP.
La energía química se obtiene mediante una sucesión de numerosas reacciones de oxidación. Estas reacciones se dan gradualmente y van liberando porciones de energía, que es captada por el ADP para producir ATP. Para la glucosa, este proceso comprende tres etapas: glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. La primera ocurre en el citosol, mientras que las demás se dan en la mitocondria.
Glucólisis
La glucólisis es una serie de diez reacciones químicas que dan como resultado la ruptura de la molécula de glucosa (que tiene 6 carbonos) en dos moléculas de piruvato (un compuesto formado por 3 carbonos).
La glucólisis se lleva a cabo en la fase acuosa del citoplasma de la célula (el citosol). El piruvato resultante de esta primera vía debe ingresar a la mitocondria para continuar con su transformación.
Más en: Glucólisis
Ciclo del Krebs
El ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es un proceso fundamental que se da dentro de las mitocondrias. Consiste en una sucesión de reacciones químicas que tiene como objetivo la liberación de la energía contenida en los distintos nutrientes alimenticios. Además, en el ciclo de Krebs se producen moléculas precursoras para producir aminoácidos.
Una vez que el piruvato de la glucosa ingresa a la mitocondria, se convierte en una compuesto de alta energía denominado Acetil-CoA. El ciclo de Krebs opera gracias a varias enzimas distintas que oxidan completamente el Acetil-CoA y liberan de cada molécula oxidada dos diferentes: CO2 (dióxido de carbono) y H2O (agua).
Durante este proceso se va liberando energía química, que es tomada por compuestos intermediarios llamados NADH y FADH2. Estas sustancias serán utilizadas en el siguiente paso metabólico: la cadena de transporte de electrones.
Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa
La cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa son los nombres que reciben las reacciones químicas que constituyen la última etapa del circuito de aprovechamiento de los nutrientes.
Estos procesos ocurren en la membrana interna de la mitocondria, y necesitan oxígeno y los compuestos producidos durante el ciclo de Krebs (llamados NADH y FADH2).
En esta etapa, la energía que se obtuvo en el ciclo de Krebs se encuentra almacenada en los intermediarios NADH y FADH2. Por lo tanto, es necesario que la energía se transfiera desde estos compuestos hacia el ADP, para formar ATP. Eso sucede gracias a un conjunto de proteínas que se encuentran incrustadas, una al lado de la otra, en la membrana interna de la mitocondria. Este complejo proteico es conocido como cadena de transporte de electrones.
Dentro de la mitocondria, las reacciones químicas ocurren de tal modo que los electrones del NADH y FADH2 fluyen entre las proteínas, mientras van formando un gradiente electroquímico de protones (H+). Este gradiente se traduce en un tipo de energía potencial (llamada fuerza protón motriz). En los organismos aerobios, este proceso requiere la presencia de oxígeno molecular (O2).
Finalmente, la enzimaATP sintetasa produce ATP a partir de ADP, utilizando la gran cantidad de energía de la fuerza protón motriz que se generó en la cadena de transporte de electrones. Este último proceso se denomina fosforilación oxidativa.
Al final de la fosforilación oxidativa se habrán producido 36 moléculas nuevas de ATP dentro de la mitocondria. Al salir al citosol, estas moléculas de ATP proveerán energía disponible para las actividades celulares.
Importancia del ATP
El ATP es una molécula fundamental para los procesos vitales de los seres vivos. Es el transmisor de energía química que se utiliza en distintas reacciones celulares.
Por ejemplo, se utiliza el ATP en la síntesis de macromoléculas complejas y fundamentales (como las del ADN, ARN) y para la síntesis de proteínas que ocurre dentro de la célula. El ATP brinda la energía necesaria para permitir la mayor parte de las reacciones que tienen lugar en el organismo.
La ingesta de algunos elementos tóxicos que inhiben los procesos del ATP, como el arsénico o el cianuro, resulta letal y ocasiona la muerte del organismo.
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Referencias
- De Robertis, E. Fundamentos de biología celular y molecular. Edición 4º.El ateneo (2010).
- Marieb, E. Anatomía y fisiologia humana. Edición 9º. PEARSON EDUCACIÓN. (2008).
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