Si parafraseamos la conocida expresión "el movimiento es vida", queda claro que todas las manifestaciones de la materia viva -crecimiento, reproducción, procesos de síntesis de nutrientes, respiración- son, de hecho, el movimiento de los átomos y moléculas que forman la célula. ¿Son posibles estos procesos sin la participación de la energía? Por supuesto que no.
¿De dónde obtienen sus suministros los cuerpos vivos, desde organismos gigantes como la ballena azul o la secuoya americana hasta bacterias ultramicroscópicas?
La bioquímica ha encontrado la respuesta a esta pregunta. El ácido trifosfórico de adenosina es una sustancia universal utilizada por todos los habitantes de nuestro planeta. En este artículo, consideraremos la estructura y funciones del ATP en varios grupos de organismos vivos. Además, determinaremos qué orgánulos son los responsables de su síntesis en células vegetales y animales.
Historial de descubrimientos
A principios del siglo XX, en el laboratorio de la Escuela de Medicina de Harvard, varios científicos, a saber, Subbaris, Loman y Friske, descubrieron un compuesto de estructura similar a la del adenilonucleótido de ácido ribonucleico. Sin embargo, no contenía uno, sino hasta tres residuos de ácido fosfato conectados al monosacárido ribosa. Dos décadas después, F. Lipman, al estudiar las funciones del ATP, confirmó la suposición científica de que este compuesto transporta energía. A partir de ese momento, los bioquímicos tuvieron una gran oportunidad de conocer en detalle el complejo mecanismo de síntesis de esta sustancia que se produce en la célula. Más tarde, se descubrió un compuesto clave: una enzima, la ATP sintasa, que es responsable de la formación de moléculas de ácido en las mitocondrias. Para determinar qué función realiza ATP, averigüemos qué procesos que ocurren en los organismos vivos no se pueden llevar a cabo sin la participación de esta sustancia.
Formas de existencia de la energía en los sistemas biológicos
Diversas reacciones que ocurren en los organismos vivos requieren diferentes tipos de energía que pueden transformarse entre sí. Estos incluyen procesos mecánicos (movimiento de bacterias y protozoos, contracción de miofibrillas en tejido muscular), síntesis bioquímica. Esta lista también incluye impulsos eléctricos que subyacen a la excitación e inhibición, reacciones térmicas que mantienen una temperatura corporal constante en animales de sangre caliente y humanos. El resplandor luminiscente del plancton marino, algunos insectos y peces de aguas profundas también es un tipo de energía producida por los seres vivos.
Todos los fenómenos anteriores que ocurren en los sistemas biológicos son imposibles sin las moléculas de ATP, cuyas funciones son almacenarenergía en forma de enlaces macroérgicos. Se encuentran entre el nucleósido de adenilo y los residuos de ácido fosfato.
¿De dónde proviene la energía celular?
Según las leyes de la termodinámica, la aparición y desaparición de energía ocurre por ciertas razones. La descomposición de los compuestos orgánicos que componen los alimentos: proteínas, carbohidratos y especialmente lípidos conduce a la liberación de energía. Los procesos primarios de hidrólisis ocurren en el tracto digestivo, donde las macromoléculas de los compuestos orgánicos están expuestas a la acción de las enzimas. Parte de la energía recibida se disipa en forma de calor o se utiliza para mantener la temperatura óptima del contenido interno de la celda. La porción restante se acumula en forma de mitocondrias, las centrales eléctricas de la célula. Esta es la función principal de la molécula de ATP: proporcionar y reponer las necesidades energéticas del cuerpo.
¿Cuál es el papel de las reacciones catabólicas?
Una unidad elemental de materia viva, una célula, puede funcionar solo si la energía se actualiza constantemente en su ciclo de vida. Para cumplir esta condición en el metabolismo celular existe una dirección denominada disimilación, catabolismo o metabolismo energético. En su etapa libre de oxígeno, que es la forma más sencilla de formar y almacenar energía, a partir de cada molécula de glucosa, en ausencia de oxígeno, se sintetizan 2 moléculas de una sustancia intensiva en energía que aportan las funciones principales del ATP en la célula - proporcionándole energía. La mayoría de las reacciones del paso anóxico ocurren en el citoplasma.
Dependiendo de la estructura de la célula, puede proceder de varias maneras, por ejemplo, en forma de glucólisis, alcohol o fermentación de ácido láctico. Sin embargo, las características bioquímicas de estos procesos metabólicos no afectan la función del ATP en la célula. Es universal: preservar las reservas energéticas de la célula.
Cómo se relaciona la estructura de una molécula con sus funciones
Anteriormente, establecimos el hecho de que el ácido trifosfórico de adenosina contiene tres residuos de fosfato conectados a una base de nitrato, la adenina, y un monosacárido, la ribosa. Dado que casi todas las reacciones en el citoplasma de la célula se llevan a cabo en un medio acuoso, las moléculas ácidas, bajo la acción de enzimas hidrolíticas, rompen los enlaces covalentes para formar primero ácido adenosín difosfórico y luego AMP. Las reacciones inversas que conducen a la síntesis del ácido adenosín trifosfórico ocurren en presencia de la enzima fosfotransferasa. Como el ATP cumple la función de fuente universal de actividad vital celular, incluye dos enlaces macroérgicos. Con una ruptura sucesiva de cada uno de ellos, se liberan 42 kJ. Este recurso se utiliza en el metabolismo celular, en sus procesos de crecimiento y reproducción.
Valor de la ATP sintasa
En los orgánulos de importancia general, las mitocondrias, ubicadas en las células vegetales y animales, hay un sistema enzimático, la cadena respiratoria. Contiene la enzima ATP sintasa. Las moléculas del biocatalizador, que tienen la forma de un hexámero formado por glóbulos de proteína, están inmersas tanto en la membrana como enestroma de las mitocondrias. Debido a la actividad de la enzima, la sustancia energética de la célula se sintetiza a partir de ADP y residuos de ácido fosfato inorgánico. Las moléculas de ATP formadas cumplen la función de acumular la energía necesaria para su actividad vital. Una característica distintiva del biocatalizador es que cuando hay una concentración excesiva de compuestos energéticos, se comporta como una enzima hidrolítica, desdoblando sus moléculas.
Características de la síntesis del ácido trifosfórico de adenosina
Las plantas tienen una característica metabólica importante que distingue radicalmente a estos organismos de los animales. Está asociado con el modo autótrofo de nutrición y la capacidad de procesar la fotosíntesis. La formación de moléculas que contienen enlaces macroérgicos ocurre en plantas en orgánulos celulares: cloroplastos. La enzima ATP sintasa ya conocida por nosotros forma parte de sus tilacoides y estroma de los cloroplastos. Las funciones del ATP en la célula son el almacenamiento de energía tanto en organismos autótrofos como heterótrofos, incluidos los humanos.
Los compuestos con enlaces macroérgicos se sintetizan en saprotrofos y heterótrofos en reacciones de fosforilación oxidativa que tienen lugar en las crestas mitocondriales. Como puede ver, en el proceso de evolución, varios grupos de organismos vivos han formado un mecanismo perfecto para la síntesis de un compuesto como el ATP, cuyas funciones son proporcionar energía a la célula.
