Tema 2

ATP

Razones químicas de la tendencia a la hidrólisis del ATP

Las razones químicas de esa tendencia son tres:

Energía de estabilización por resonancia: viene dada por la deslocalización electrónica, es decir, que debido a la distinta electronegatividad entre el P y el O, existe un desplazamiento de los electrones de los dobles enlaces hacia el O. En el enlace doble tienen cierto carácter de sencillo y viceversa.
Pues bien, la energía de estabilización por resonancia es más alta en los productos de hidrólisis que en el ATP. Esto se debe fundamentalmente a que los electrones π (los puntos rojos en los O) de los oxígenos puente entre los P son fuertemente atraídos por los grupos fosfóricos.
La competencia por los electrones π crea una tensión en la molécula; ésta es evidentemente menor (o está ausente) en los productos de hidrólisis. Por lo tanto, hay mayor energía de estabilización por resonancia en los productos de hidrólisis.

Tensión eléctrica entre las cargas negativas vecinas existente en el ATP (las flechas entre los O de los Pi). Esa tensión es evidentemente menor en los productos de hidrólisis.

Solvatación: la tendencia natural es hacia una mayor solvatación. La energía de solvatación es mayor en los productos de hidrólisis que en el ATP.

En la célula existen muchos enlaces de alta energía, la mayoría de los cuales son enlaces fosfato. El ATP ocupa una posición intermedia entre los fosfatos de alta energía.

Una de las más importantes funciones del ATP es dar el paso para que ingresen las sustancias a la célula. esta gran energía puede ser útil para fines de recarga a seres artificiales, ya que su hidrólisis libera una cantidad significante de energía.

El trifosfato de adenosina o adenosín trifosfato (ATP, del inglés Adenosine TriPhosphate) es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfatos.

Se produce durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos. Su fórmula es C10H16N5O13P3.

Las reacciones endergónicas se manifiestan durante los procesos anabólico que requieren energía para convertir los reactivos (sustratos o combustibles metabólicos) en productos. Reacciones de oxidación-reducción (redox) son ejemplos de reacciones exergónicas y endergónicas acopladas.

Es de gran importancia en los procesos biológicos el cometido fundamental que desempeñan los cambios de energía libre para determinar las direcciones favorables de las reacciones químicas, puesto que globalmente, toda ruta metabólica debe ser un proceso favorable termodinámicamente.

Con frecuencia una reacción o proceso determinado necesario para la vida en sí mismo es endergónico (como el transporte a través de la membrana), que poseen grandes variaciones de energía libre positiva . Estas reacciones intrínsecamente desfavorables pueden hacerse favorables termodinámicamente acoplándolas a reacciones muy favorecidas, suponiendo que una reacción exergónica forma parte del mismo proceso en que se encuentra la reacción endergónica .
Como en el siguiente ejemplo :
A <----------> B ∆Gº = +10KJ/mol proceso endergónico
C <--------> D ∆Gº = -30 KJ/ mol proceso exergónico

Sí la célula es capaz de acoplar estas dos reacciones, el valor de la energía libre para estas dos reacciones será la suma algebraica de los valores individuales

A <----------> B ∆Gº = +10KJ/mol
C <--------> D ∆Gº = -30 KJ/ mol
A + C  <------> B + D ∆Gº = -20kJ/mol  reacciones acopladas

El acoplamiento de reacciones o procesos endergónico con reacciones exergónicas es uno de los principios más importantes de los procesos biológicos. El acoplamiento de procesos muy favorecidos con procesos desfavorecidos se utiliza no solo para impulsar innumerables reacciones, sino también para transportar sustancias a través de la membrana, transmitir impulsos nerviosos, contraer los músculos, y llevar acabo otras transformaciones físicas .

El impulso de procesos mediante acoplamiento es tan frecuente que debe implicar que la célula contiene diversos compuestos que pueden experimentar reacciones con cambios de energía negativos grandes, estas sustancias pueden considerarse como lanzaderas de energía libre en la célula. Los más importantes de estos compuestos de energía elevada son determinados fosfatos, que pueden experimentar una reacción hidrolítica de sus grupos fosfato en disolución acuosa

ESTRUCTURA DEL ATP : INESTABILIDAD Y FORMACION DE HIBRIDOS DE RESONANCIA
El ion ortofosfato, que frecuentemente se abrevia con la expresión Pi (fosfato inorgánico), es capaz de adoptar una amplia gama de formas de resonancia. Tanto el protón ligado como el oxígeno que lo fija han de considerarse deslocalizados, por lo que es más adecuada escribir la estructura que se muestra en la siguiente figura.

figura 1 :estabilizacion por resonancia del ion ortofosfato

Estas formas múltiples, que son de una energía igual, contribuyen a la entropía elevada de una estructura de resonancia de este tipo, no todas estas formas son posibles cuando el fosfato está unido a un éster. Por consiguiente, la liberación del ortofosfato da lugar a un aumento de la entropía del sistema. Y está, por tanto, favorecida. La estabilización de resonancia se da en todas las reacciones de hidrólisis de fosfato

Potenciales De Transferencia De Fosfato
Existe otra forma útil de entender los valores de ∆Gº para diversos compuestos fosfato de alta energía , como se muestra en la figura 2.

                                    
estos valores forman una escala de potenciales de transferencia fosfato , el potencial se define como; simplemente  el valor -∆Gº de la hidrólisis . cada compuesto impulsa la fosforilación de los compuestos situados en un lugar más bajo de la escala, siempre que se disponga de un mecanismo de acoplamiento adecuado

Hidrólisis De Atp Y Energia Libre

En la hidrólisis del fosfoenolpiruvato, el bifosfoglicerato , el adenosina trifosfato y el pirofosfato, los dos productos de la hidrólisis llevan una carga negativa.

La repulsión entre estos productos iónicos favorece intensamente la reacción de hidrólisis

La hidrólisis se ve favorecida a veces no sólo por la estabilización de la resonancia del ortofosfato sino también por la capacidad del otro producto para adoptar más formas moleculares, lo cual contribuye a la hidrólisis del del fosfoenolpiruvato ya que el piruvato puede tautomerizarse

Hidrólisis De Atp Acoplada A Las Reacciones Bioquimicas No Espontaneas

(1) Hidrólisis del PEP PEP piruvato +Pi ∆Gº= -62 kJ/mol
(2) Fosforilación de adenosina de fosfato ADP + Pi ATP ∆Gº= +31kJ/mol
(1)+(2) fosforilación acoplada del ADP por PEP PEP+ADP piruvato + ATP ∆Gº=-31kJ/mol

Así pues el fosfoenolpiruvato, que posee un potencial de transferencia de fosfato muy alto, de 62 kJ/mol, es capaz de añadir un grupo fosfato al ADP en una proceso favorecido termodinámicamente. El ATP puede pasar este fosfato a la glucosa, ya que el potencial de transferencia fosfato de la glucosa-6-fosfato está todavía mucho más abajo en la escala

(1) Hidrólisis del ATP ATP ADP + Pi ∆Gº= -31 kJ/mol
(2) Fosfoliracion de la glucosa glu+ Pi Glu-6P ∆Gº= +14kJ/mol
(1)+(2) fosforilación acoplada a la glucosa ATP + Glu ADP + GLU-6P ∆Gº= -17 kJ/mol

Estos ejemplos resaltan la forma en la que el ATP puede actuar como un agente versátil de transferencia de fosfato mediante reacciones acopladas. En cada caso, el acoplamiento se realiza haciendo que las reacciones se produzcan en la superficie de una molécula proteica grande, una enzima. Las enzimas pueden facilitar este acoplamiento y acelerar las reacciones


BIBLIOGRAFIA

MATHEWS, VAN HOLDE , AHERN, "BIOQUIMICA

http://es.wikipedia.org/wiki/Adenos%C3%ADn_trifosfato

 http://www.todonatacion.com/atp/

http://www.cienciahoy.org.ar/hoy27/atp.htm