ATP

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?

En la bioquímica, las siglas ATP designan al Adenosín Trifosfato o Trifosfato de adenosina, una molécula orgánica perteneciente al grupo de los nucleótidos, fundamental para el metabolismo energético de la célula. El ATP es la principal fuente de energía utilizada en la mayoría de los procesos y funciones celulares, tanto en el cuerpo humano como en el organismo de otros seres vivos.

El nombre del ATP proviene de la composición molecular de esta molécula, formada por una base nitrogenada (la adenina) enlazada con el átomo de carbono de una molécula de azúcar pentosa (también llamada ribosa), y a su vez con tres iones fosfatos enlazados en otro átomo de carbono. Todo ello se resume en la fórmula molecular del ATP: C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃.

La molécula del ATP fue descubierta por primera vez en 1929 en el músculo humano en los 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

¿Para qué sirve el ATP?

La principal función del ATP es servir de aporte energético en las reacciones bioquímicas que se producen en el interior de la célula, por lo que a esta molécula se la conoce también como “moneda energética” del organismo.

El ATP es una molécula útil para contener momentáneamente la energía química liberada durante los procesos metabólicos de descomposición de los alimentos, y liberarla de nuevo cuando sea necesario para impulsar los diversos procesos biológicos del cuerpo, como el transporte celular, propiciar reacciones que consumen energía o incluso para llevar a cabo acciones mecánicas del cuerpo, como caminar.

¿Cómo se produce el ATP?

En las células, el ATP se sintetiza a través de la respiración celular, un proceso que se lleva a cabo en las mitocondrias de la célula. Durante este fenómeno, se libera la energía química almacenada en la glucosa, mediante un proceso de oxidación que libera CO₂, H₂O y energía en forma de ATP. Aunque la glucosa es el sustrato por excelencia de esta reacción, cabe aclarar que las proteínas y las grasas también pueden ser oxidadas para dar ATP. Cada uno de esos nutrientes provenientes de la alimentación del individuo tienen rutas metabólicas distintas, pero convergen en un metabolito común: el acetil-CoA, que da inicio al Ciclo del Krebs y permite que el proceso de obtención de energía química converja, ya que todas las células consumen su energía en forma de ATP.

El proceso de respiración celular se puede dividir en tres fases o etapas: la glucólisis (una vía previa que solo es requerida cuando la célula utiliza glucosa como combustible), el ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones. Durante las primeras dos etapas, se produce el acetil-CoA, CO₂ y solo una pequeña cantidad de ATP, mientras que durante la tercera fase de la respiración se produce H₂O y la mayor parte del ATP a través de un conjunto de proteínas llamado “complejo ATP sintasa”.

Glucólisis

Como se dijo, la glucólisis es una vía previa a la respiración celular, durante la que por cada glucosa (que tiene 6 carbonos) se forman dos piruvatos (un compuesto formado por 3 carbonos).

A diferencia de las otras dos etapas de la respiración celular, la glucólisis se lleva a cabo en el citoplasma de la célula. El piruvato resultante de esta primera vía, debe ingresar a la mitocondria para continuar con su transformación en Acetil-CoA y de esta forma poder ser utilizado en el ciclo de Krebs.

Sigue en: Glucólisis

Ciclo del Krebs

El Ciclo de Krebs  (también Ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es un proceso fundamental que se da en la matriz de las mitocondrias celulares, y que consiste en una sucesión de reacciones químicas que tiene como objetivo la liberación de la energía química contenida en el Acetil-CoA obtenido del procesamiento de los distintos nutrientes alimenticios del ser vivo, así como la obtención de precursores de otros aminoácidos necesarios para reacciones bioquímicas de otra índole.

Este ciclo forma parte de un proceso mucho más grande que es el de oxidación de los glúcidos, lípidos y proteínas, siendo su etapa intermedia: posterior a la formación del Acetil-CoA con los carbonos de dichos compuestos orgánicos, y previo a la fosforilación oxidativa donde se “ensambla” el ATP en una reacción catalizada por una enzima llamada ATP sintetasa o ATP sintasa.

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). Además, durante el ciclo de Krebs se genera una mínima cantidad de GTP (similar al ATP) y poder reductor en forma de NADH y FADH₂ que serán utilizados para la síntesis de ATP en la siguiente etapa de la respiración celular.

El ciclo empieza con la fusión de una molécula de acetil-CoA con una molécula de oxalacetato. Esta unión da lugar a una molécula de seis carbonos: el citrato. Así, se libera la coenzima A. De hecho, esta es reutilizada una gran cantidad de veces. Si existe mucho ATP en la célula, este paso es inhibido.

A continuación, el citrato o ácido cítrico sufre una serie de transformaciones sucesivas que originarán sucesivamente isocitrato, cetoglutarato, succinil-CoA, succinato, fumarato, malato y oxalacetato nuevamente. Junto con estos productos, por cada ciclo de Krebs completo se produce una mínima cantidad de GTP, poder reductor en forma de NADH y FADH₂ y CO₂.

Cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa

La última etapa del circuito de aprovechamiento de los nutrientes utiliza el oxígeno y los compuestos producidos durante el ciclo de Krebs para producir ATP en un proceso llamado fosforilacion oxidativa. Durante este proceso, que tiene lugar en la membrana interna mitocondrial, el NADH y FADH₂ donan electrones conduciéndolos a un nivel energéticamente inferior. Estos electrones son finalmente aceptados por el oxígeno (que al unirse con protones da lugar a la formación de moléculas de agua).

El acomplamiento entre la cadena electrónica y la fosforilación oxidativa opera en base a dos reacciones contrapuestas: una que libera energía y otra que emplea esa energía liberada para producir las moléculas de ATP, gracias a la intervención de la ATP sintetasa. A medida que los electrones “viajan” por la cadena en una serie de reacciones redox, la energía liberada se utiliza para bombear protones a través de la membrana. Cuando estos protones difunden nuevamente a través de la ATP sintetasa, su energía es utilizada para unir un grupo fosfato adicional a una molécula de ADP (adenosín difosfato), dando lugar a la formación de ATP.

Importancia del ATP

El ATP es una molécula fundamental para los procesos vitales de los organismos vivientes, como transmisor de energía química para distintas reacciones que ocurren en la célula, por ejemplo, la síntesis de macromoléculas complejas y fundamentales, como las del ADN, ARN o para la síntesis de proteínas que ocurre dentro de la célula. Así, el ATP brinda la energía necesaria para permitir la mayor parte de las reacciones que tienen lugar en el organismo.

La utilidad del ATP como molécula “dadora de energía” se explica por la presencia de enlaces fosfatos, ricos en energía. Estos mismos enlaces pueden liberar gran cantidad de energía al “romperse” cuando el ATP se hidroliza a ADP, es decir cuando pierde un grupo fosfato por acción del agua. La reacción de hidrólisis del ATP es la siguiente:

El ATP es clave para que pueda ocurrir el transporte de macromoléculas a través de la membrana plasmática (exocitosis y endocitosis celular) y también para la comunicación sináptica entre neuronas, por lo que se hace imprescindible su síntesis continua, a partir de la glucosa obtenida de los alimentos. Tal es su importancia para la vida, que 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 de manera fulminante.

Referencias

• “Adenosín trifosfato” en Wikipedia.
• “Adenosina trifosfato (ATP)” en Coenzima.com.
• “El ATP” en Colegio Nacional de Buenos Aires.
• “ATP: adenosín trifosfato” (video) en Academia Khan.
• “Adenosine Triphosphate (ATP) function in cells” en News Medical Life Sciences.
• “Adenosine Triphosphate” en The Encyclopaedia Britannica.