El ATP es la moneda de intercambio energético de la célula
El ATP es un ribonucleótido constituido por adenina y ribosa, a la que se unen en forma secuencial tres grupos fosfato por medio de un enlace fofoéster seguido de dos enlaces fosfoanhídrido.
La importancia biológica del ATP radica en la gran cantidad de energía libre que acompaña a la rotura de los enlaces fosfoanhídrido. Esto tiene lugar cuando un grupo fosfato se transfiere a otro compuesto, liberando ADP, o se transfiere al AMP y se libera pirofosfato (PP). Cuando el aceptor es el agua, el proceso se conoce como hidrólisis:
ATP + HO ↔ ADP + P
ATP + HO ↔ AMP + PP
La variación de energía libre para la hidrólisis del ATP es -30,5kJ/mol en condiciones estándar ( ∆G °).
El ATP tiene una potencial de transferencia de grupo fosforilo de valor intermedio. Bajo condiciones estándar, los compuestos que se encuentran por encima del ATP pueden transferir de forma espontánea un grupo fosforilo al ADP para formar ATP, que a su vez, de forma espontánea, transfiere un grupo fosforilo a los grupos apropiados de moléculas como glucosa o glicerol, para aumentar su energía. A pesar de sus altos potenciales de transferencia de grupo, el ATP y los compuestos fosforilados relacionados son cinéticamente estables y no reaccionan a menos que actúe sobre ellos una enzima apropiada.
Clasificación de los compuestos biológicos fosforilados según sus energías libres estándar de hidrólisis. En el esquema se muestra el flujo de grupos fosforilo, desde dadores de elevada energía vía ATP hasta moléculas aceptoras (como glucosa y glicerol) para formar sus derivados fosfato de baja energía.
Gracias a su potencial de transferencia de grupos fosforilo, el ATP es el vínculo químico entre el catabolismo y el anabolismo. Constituye la moneda energética de la célula viva. Gran parte de la energía que se libera de la glucosa y de otros combustibles celulares se conserva mediante la síntesis acoplada de ATP a partir de ADP + P. El ATP cede su energía química a procesos como: biosíntesis de moléculas, transporte de sustancias contra gradiente de concentración, movimiento mecánico, etc. Siempre que se utiliza la energía química del ATP, éste pasa a ADP + P.
Aunque este apartado se ha centrado en el ATP como moneda energética celular y dador de grupos fosforilo, los otros nucleósidos trifosfato (GTP, UTP y CTP) y todos los desoxinucleósidos trifosfato (dATP, dGTP, dTTP, y dCTP) son energéticamente equivalentes al ATP. Las variaciones de energía libre asociadas con la hidrólisis de sus enlaces fosfoanhídrido son prácticamente idénticas a las del ATP. De esta forma, también pueden dirigir reacciones de forma análoga al ATP. El motivo de que sea esta última la moneda energética es que se encuentra en mucha mayor concentración en las células.
Ciertos nucleótidos son importantes coenzimas
Diversas enzimas catalizan reacciones de oxidación y reducción en la célula. Las enzimas que catalizan las oxidaciones celulares canalizan los electrones desde multitud de sustratos diferentes a tan sólo unos cuantos tipos de transportadores de electrones. La reducción de estos transportadores en los procesos catabólicos permite la conservación de la energía libre que se produce en la oxidación de los sustratos. Algunas de las coenzimas que acompañan a las enzimas que catalizan este tipo de reacciones son nucleótidos. El NAD⁺, NADP⁺, FMN y FAD son coenzimas nucleotídicas hidrosolubles que experimentan oxidación y reducción reversibles en muchas de las reacciones de transferencia de electrones del metabolismo.
NAD⁺ y NADP⁺
El dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD⁺ en su forma oxidada) y su análogo próximo, el dinucleótido fosfato de nicotinamida y adenina (NADP⁺), están formados por dos nucleótidos unidos a través de sus grupos fosfato por un enlace fosfoanhídrido.
Ambas coenzimas experimentan una reducción reversible del anillo de nicotinamida:
NAD⁺ + 2e‾ + 2 H⁺ ↔ NADH + H⁺
NADP⁺ + 2e‾ + 2 H⁺ ↔ NADPH + H⁺
El NAD⁺ actúa generalmente en oxidaciones, como parte de una reacción catabólica; y el NADPH es la coenzima habitual de las reducciones, casi siempre como parte de una reacción anabólica.
Los anillos del NAD⁺ y del NADP⁺ provienen de la vitamina niacina, que se sintetiza a partir del triptófano. La carencia del niacina afecta, por lo tanto, a todas las enzimas dependientes de estas coenzimas, y es la causa de una grave enfermedad humana denominada pelagra, que produce dermatitis, diarrea y demencia. Hace un siglo era una enfermedad común. Hoy en día está prácticamente erradicada en las poblaciones del mundo desarrollado, pero aún la padecen las personas alcohólicas cuya absorción intestinal de niacina está muy reducida y cuyas necesidades calóricas están satisfechas a menudo con licores destilados que carecen prácticamente de vitaminas, entre ellas la medicina.
NAD+ y NADP+. El NAD+ y el NADP+ se reducen a NADH y NADPH, captando un ión hidruro (dos electrones y un protón) a partir de un sustrato oxidable.
