ATP

(Adenosin Trifosfato)

Indice

Contenido Pagina

- Concepto, ATP Sustancia Clave en la Liberación de Energía ----3

- ATP Sustancia Clave en la Liberación de Energía ---------------4

- Sustancias de Interés Biológico ---------------------------------5

- Sustancias de Interés Biológico ---------------------------------6

- Pasos desde la Glicólisis a la cadena de transporte de electrones. ¿Por qué la Mitocondria es Importante?--------------7

- Cadena de Transporte de Electrones ----------------------------8

- Cadena de Transporte de Electrones ----------------------------9

Concepto

Aunque son muy diversas las biomoléculas que contienen energía almacenada en sus enlaces, es el ATP (adenosín trifosfato) la molécula que interviene en todas las transacciones de energía que se llevan a cabo en las células; por ella se la califica como "moneda universal de energía".

El ATP está formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos, contiene enlaces de alta energía entre los grupos fosfato; al romperse dichos enlaces se libera la energía almacenada.

En la mayoría de las reacciones celulares el ATP se hidroliza a ADP, rompiéndose un sólo enlace y quedando un grupo fosfato libre, que suele transferirse a otra molécula en lo que se conoce como fosforilación; sólo en algunos casos se rompen los dos enlaces resultando AMP + 2 grupos fosfato.
El sistema ATP <-> ADP es el sistema universal de intercambio de energía en las células.

ATP, Sustancia Clave en la Liberación de Energía

La contracción muscular (esquelética) sólo es posible utilizando la energía que es liberada al descomponerse el ATP (Adenosín trifosfato) bajo la acción de una enzima (ATPasa). En presencia de la ATPasa el ATP se descompone en ADP (Adenosín difosfato) más P (Fósforo) más ENERGIA (de esta última, una parte se utiliza al realizar trabajo y otra parte variable en su magnitud se pierde en forma de calor).

Las reservas de ATP en los músculos, apenas alcanzan para unas cuantas contracciones. Estas reservas deben ser mantenidas por generación continua de ATP, fenómeno que ocurre gracias a la combustión de los alimentos en presencia de oxígeno. En trabajos un poco más prolongados el músculo dispone de otro fosfato rico en energía (Creatinfosfato), que al desdoblarse libera Energía y reconstituye el ADP en ATP.

Esa energía almacenada (como ATP y Creatinfosfato) puede compararse por analogía con la batería de un automóvil, ella alcanza para iniciar el trabajo muscular, pudiendo realizarse con esa energía almacenada trabajo durante 5 a 8 segundos. Esto puede ser suficiente para actividades deportivas como lanzamiento de disco, de martillo, salto alto, salto largo, etc., pero no para actividades musculares que duran más allá del tiempo mencionado, a menos de que este sistema (o reserva energética) sea nuevamente llenado.

La forma más efectiva para lograr este relleno energético es mediante la combustión de sustancias ricas en energía (el papel principal lo tiene la glucosa). Sin embargo, cuando esto no es suficiente; entonces se pone en marcha el mecanismo de disposición de energía por la vía anaeróbica acompañada de la formación de ácido láctico. Lo cual ocurre en tres condiciones:
a) Al inicio del trabajo muscular, el proceso de combustión requiere de un intervalo de tiempo para ponerse a plena marcha.

b) El lactato siempre se forma en cargas dinámicas altamente intensivas (carrera de 400 mts).

c) La forma típica de carga que acompaña a la liberación de energía con predominante formación de ácido láctico es la carga de fuerza (desarrollo y mantenimiento de fuerza). Caso del trabajo estático.

En este caso el músculo se contrae (desarrolla tensión sin acortamiento), lo cual eleva la presión en el tejido muscular, esto comprime los vasos sanguíneos que conducen la sangre arterializada (rica en oxígeno) hacia el músculo. Este tipo de trabajo muscular bloquea el suministro de oxígeno y por lo tanto la combustión de sustancias ricas en energía (glucosa) se torna imposible.

Sustancias de Interés Biológico

Las sustancias que constituyen los seres vivos presentan una enorme variedad, aunque en su gran mayoría son compuestos del carbono, con estructuras moleculares complejas. Sin embargo, esta variedad de moléculas orgánicas es consecuencia de las combinaciones de un número reducido de moléculas sencillas que se unen entre sí para dar origen a largas cadenas.
Los cuatro grupos principales de macromoléculas que constituyen los seres vivos son: proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos. Cada uno de estos grupos cumple una función específica en todas las células.

Dentro de las funciones de los ácidos nucleicos tenemos la secuencia de bases del ADN se guarda la información que permite la biosíntesis de las proteínas, determinando la secuencia de aminoácidos. Esta información se denomina código genético.

La estructura de doble hélice permite la duplicación del ADN al abrirse las cadenas y poderse copiar, a partir de cada una, otra con idéntica estructura. Esta propiedad del ADN es la base de la reproducción de los seres vivos.

El ARN participa en la síntesis de proteínas, siendo un intermediario que se crea a partir del ADN.

EL ADENOSINTRIFOSFATO (ATP) se conoce como la «moneda energética» de la célula, ya que los enlaces entre los fosfatos son muy ricos en energía. Cuando se rompen estos enlaces se desprende gran cantidad de energía. De la misma manera, si en un proceso metabólico (por ejemplo, en la glucólisis) se desprende energía, ésta es captada en forma de ATP para su posterior utilización.

Esquema de la Organización Mitocondrial:

El alimento que comemos se oxida para producir electrones de alta energía que se convierten en energía almacenada. Esta energía es almacenada en enlaces fosfato de alta energía, en una molécula llamada adenosín trifosfato o ATP. El ATP proviene de convertir el adenosín difosfato o ADP, mediante la adición de un grupo fosfato con un enlace alta energía. Varias reacciones en la célula pueden o utilizar la energía (en este caso el ATP se convierte en ADP liberando el enlace de alta energía), o producirla (en donde el ATP se produce a partir del ADP.

Pasos desde la Glicólisis a la cadena de transporte de electrones. ¿Por qué la Mitocondria es Importante?

Repasemos los pasos de tal manera que se pueda ver como el alimento se transforma en paquetes de energía de ATP y agua. El alimento que ingerimos debe convertirse en los metabolitos básicos que la célula puede utilizar. Por ejemplo el pan (que contiene carbohidratos), debe sufrir la acción de las enzimas digestivas (en el borde del intestino o en la luz intestina) para convertirse en unidades de carbohidratos simples que hemos llamado glucosa. La glucosa debe absorberse y luego debe entrar en la célula mediante moléculas especiales en la membrana celular, que hemos denominado "transportadores de glucosa".

Una vez dentro de la célula la glucosa es procesada (se hacen moléculas mas pequeñas) para hacer ATP por dos vías. La primera vía no requiere oxígeno y es llamado el metabolismo anaerobio. Esta vía es llamada glicólisis y se lleva a cabo el citoplasma, fuera de la mitocondria. Durante la glicólisis de la molécula original de glucosa (6 carbonos) se obtienen dos moléculas de piruvato (3 carbonos cada una) (gluco - dulce, lisis-cortar). Otros alimentos como las grasas pueden también ser degradados ("cortados") para ser utilizados como combustible. Cada reacción ha sido diseñada algunos iones de hidrógeno (electrones), que pueden utilizarse para hacer paquetes de energía (ATP). Sin embargo sólo 4 moléculas de ATPs pueden ser hechas a partir de glucosa mediante esta vía (glicólisis). Por esto la mitocondria y el oxígeno son tan importantes. Necesitamos continuar con el proceso de degradación con el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos, dentro de la mitocondria, para sí conseguir suficiente ATP para que la célula pueda efectuar todas sus funciones.

Los eventos que ocurren dentro y fuera de la mitocondria son dibujados en el diagrama anterior. Piruvato es llevado dentro de la mitocondria, y allí convertido a Acetil Co-A, el cual entra al ciclo de Krebs. La primera reacción produce dióxido de carbono, CO2, puesto esta reacción involucra la remoción de un carbono del piruvato.

Cadena de Transporte de Electrones

La tercera bomba en la serie cataliza la transferencia de electrones al oxígeno para hacer agua. Este bombeo quemiosmótico crea un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana, el cual es utilizado para potenciar "la maquina productora de energía", o sea a la Sintasa de ATP. .Esta moléculas se encuentra en la pequeñas "partículas elementales" que se proyectan desde la cresta. La ilustración de abajo muestra una partícula elemental

Como se mencionó arriba, este proceso requiere oxígeno, por lo cual se llama "metabolismo aeróbico". La ATP Sintasa utiliza la energía del gradiente de iones hidrógeno (también llamado protón), para hacer ATP a partir de ADP y fosfato. También se produce agua a partir del oxígeno e hidrógeno. Así cada compartimiento en las mitocondrias se especializa en una fase de estas reacciones.

Diagrama de la Sintasa del ATP:

Revisemos el NAD y FAD remueven electrones que se donan durante algunos de los pasos del ciclo del ácido cítrico o de Krebs. Luego ellos llevan los electrones a las bombas de transporte de electrones y donan los electrones a las bombas, así el NAD y el FAD se "oxidan" puesto que ellos pierden iones hidrógeno que donan a las bombas. Luego las bombas transportan los iones hidrógeno al espacio entre las dos membranas donde alcanzan una concentración suficientemente alta como para servir de combustible a las bombas de ATP. Con suficiente combustible, las bombas "fosforilan" el ADP. Entonces así es como la oxidación "está acoplada con la "fosforilación".

Los hidrógenos que son bombeados nuevamente a la matrix mitocondrial por la bomba de ATP se combinan con el oxígeno para hacer agua. Y esto es muy importante, por que sin oxígeno, los iones de hidrógeno se acumularían, y el gradiente de concentración requerido para correr las bombas de ATP no seria posible. Y por lo tanto no podría trabajar la bomba de ATP.

Por qué Necesitamos a la Mitocondria:

La idea detrás del proceso es obtener el máximo posible de ATP de la glucosa (y de otros productos alimenticios). Si no tenemos oxígeno, por cada molécula de glucosa sólo obtendremos 4 moléculas de ATP - los paquetes de energía (en la glicólisis). Sin embargo, cuando tenemos oxígeno, podemos correr el ciclo de Krebs y producir muchos mas iones hidrógeno que pueden potenciar las bombas de ATP. Del ciclo de Krebs podemos obtener 24-28 moléculas de ATP. De la glicólisis obtenemos 4 moléculas) Entonces Ud. puede ver cuanta más energía podemos obtener de una molécula de glucosa cuando se encuentran trabajando las mitocondrias y tenemos oxígeno.

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