- Cómo las células conservan energía de forma útil:
Un trozo de carbón puede quemarse en una central para
generar electricidad. Esta es una forma de energía versátil y muy útil. Además
del carbón, muchos otros combustibles como el petróleo, la turba e incluso los
desechos urbanos pueden ser utilizados para generar electricidad. La energía eléctrica
puede utilizarse para alimentar innumerables máquinas industriales y
electrodomésticos los cuales son esenciales para nuestro modo de vida moderno.
En las células vivas encontramos una fuente de energía
versátil muy similar en la molécula de adenosin trifosfato (ATP). El ATP puede
generarse mediante la oxidación de muchos combustibles metabólicos, aunque los
carbohidratos y las grasas son especialmente importantes. El ATP se utiliza en
muchas reacciones metabólicas vitales y funciones fisiológicas, no solo en
humanos sino en todas las formas de vida. El objetivo primario del metabolismo
intermediario es mantener un suministro constante de ATP de modo que las
células vivas puedan crecer, reproducirse y responder al estrés y las tensiones
impuestas por la escasez de alimento, el ejercicio, la sobrealimentación etc
- Gráfico 2.1: La biosíntesis de ATP
Veremos más tarde como la glucosa es oxidada y la energía es
conservada como ATP. El ATP puede ser sintetizado por la fosforilación de
adenosina difosfato (ADP) por dos tipos de procesos. Uno no necesita oxígeno y
es conocido como fosforilación a nivel de sustrato. El otro requiere oxígeno y
es conocido como fosforilación oxidativa.
-Fosforilación a nivel de sustrato
El gráfico 2.1 nos muestra que dos reacciones de las
glicolisis llamadas las reacciones del fosfoglicerato kinasa y piruvato kinasa
producen ATP mediante la fosforilación directa de ADP. Esto es la fosforilación
a nivel de sustrato y es especialmente importante para generar ATP si a los
tejidos no se les administra oxigeno adecuadamente.
El ATP se puede crear de forma anaeróbica mediante la
fosfageno fosfocreatina.
Otro ejemplo de fosforilación a nivel de sustrato ocurre en
el ciclo de Krebs. La reacción catalizada por la succinil
CoA sintetasa produce GTP (trifosfato de guanosina) el cual es estructuralmente
similar al ATP. La enzima nucleósido fosfato kinasa cataliza la conversión de
GTP a ATP en el espacio intermembrana (Nota: Se necesita un protón para transportar
un anión fosfato a la matriz en un proceso acoplado a la importación de GDP
(difosfato de guanosina)
En presencia de oxígeno la fosforilación oxidativa es de
lejos el mecanismo más importante para la síntesis de ATP. Este proceso está
acoplado a la oxidación de los portadores de hidrógeno reducidos NADH y FADH2
vía cadena respiratoria.
- Los portadores de hidrógeno NAD+ y FAD
NAD+ (dinucleótido nicotinamida adenina)
NAD+ es un portador de hidrógeno derivado de la vitamina
niacina. Es una coenzima involucrada en muchas reacciones de oxido reducción
catalizadas por deshidrogenasas. En el gráfico 2.1, siendo recogido desde el
ciclo de Krebs, la malato deshidrogenasa cataliza la oxidación de malato a
oxalacetato. Durante esta reacción el NAD+ es reducido a NADH el cual es
oxidado mediante la cadena respiratoria formándose 2,5 moléculas de ATP.
FAD (dinucleótido de flavina y adenina)
El FAD es un transportador de oxígeno derivado de la
vitamina riboflavina. Difiere del NAD+ en que está unido covalentemente a su
enzima deshidrogenasa y por lo tanto se conoce como un grupo prostético. En el gráfico
2.1 se muestra la reacción de succinato deshidrogenasa con el FAD siendo
reducido a FADH2. La succinato deshidrogenasa está unida a la membrana interna
de la mitocondria y es una parte integral de la cadena respiratoria. Cuando el FADH2
se oxida mediante este proceso, se forman un total de 1,5 moléculas de ATP
- ATP/ADP translocasa
La membrana interna de la mitocondria es impermeable al ATP.
Se necesita un complejo proteico conocido como la ATP/ADP translocasa para
exportar ATP a cambio de la importación
de ADP y un anión de fosfato
- La molécula de ATP tiene dos uniones fosfoanhidrido que proporcionan la energía para la vida
La molécula de ATP tiene dos uniones fosfoanhidrido que cuando son hidrolizados al pH fisiológico, liberan 7,3 kcal (30.66 Kj) como energía, la cual puede ser usada para propósitos metabólicos. Lipmann se refirió a los dos enlaces fosfoanhidrido en 1941 como enlaces de alta energía. Sin embargo ese término es un concepto engañoso que, disculpas aparte, ha sido desterrado de los libros de texto. De hecho esas uniones fosfoanhidrido no difieren de ningún otro enlace covalente
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