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7.1.1. Aspectos energéticos de las reacciones químicas celulares

El adenosín trifosfato (ATP)

El adenosín trifosfato (ATP) es la molécula encargada de almacenar en sus enlaces la energía que se produce en las reacciones químicas, aunque duran muy poco tiempo. Una persona gasta unos 45 kg de ATP al día, aunque tiene menos de 1 gramo en cada momento.

Como vimos cuando hablamos de los nucleótidos, estos enlaces fosfato, ricos en energía se simbolizan con el signo ~, virgulilla. El fosfato inorgánico se representa mediante Pi.                                   

Mediante la defosforilación, el ATP transfiere un grupo fosfato a otro compuesto, quedando como molécula resultante el ADP (adenosín difosfato), y si se pierde otro fosfato más, el AMP (adenosín monofosfato). Estas reacciones son reversibles:

ATP ↔ ADP + Pi + energía

ADP ↔ AMP + Pi + energía

Vídeo: ATP: Hidrólisis, fosforilación y estructura.

Moléculas que intervienen en el metabolismo

Además de las enzimas específicas de cada ruta metabólica, son necesarias otros cuatro tipos de moléculas:

  • Metabolitos. Un metabolito es cualquier molécula utilizada, o producida durante el metabolismo. El primer metabolito es el sustrato, y el metabolito final, el producto. Las moléculas producidas entre ambos, son los metabolitos intermediarios. Los metabolitos pueden seguir las distintas rutas del metabolismo, tanto para su degradación (catabolismo) o como para sintetizar otras moléculas más complejas (anabolismo).
  • Nucleótidos. Algunas moléculas, como el NAD+, el NADP+, el FAD, el FMN, la coenzima Q (ubiquinona) y los citocromos, permiten la oxidación o la reducción de los metabolitos. Suelen ser coenzimas asociadas a la parte proteica de las enzimas (apoenzima) y actúan como transportadores de electrones, con dos estados de oxidación bastante próximos.
  • Moléculas con enlaces ricos en energía. Como ya se ha visto al hablar del ATP o del GTP, los enlaces de los grupos fosfato son ricos en energía. Al formarse, se almacena energía química, y al romperse, se libera la misma cantidad de energía.
  • Moléculas extremas ambientales. Algunas moléculas sencillas, como el oxígeno, el agua y el dióxido de carbono, o más complejas, como el alcohol etílico o el ácido láctico, se encuentran al comienzo o final de algún proceso metabólico, permitiendo que el sistema sea abierto.

Rendimiento y balance energético del metabolismo

En el metabolismo siempre se dan los procesos de oxidación y reducción de un modo simultáneo y acoplado.

  • En la oxidación, un compuesto se oxida perdiendo electrones y, a veces, también hidrógenos.
  • En la reducción, un compuesto se reduce ganando electrones y, a veces, también hidrógenos.

En el catabolismo, las reacciones de oxidación de los sustratos van acopladas a la reducción de coenzimas como el NAD+ y FAD que se reducen a NADH y FADH2. Como resultado de la degradación oxidativa se obtiene energía que permitirá a la célula vivir y utilizarla en el anabolismo.

La cantidad de energía obtenida en un proceso exergónico depende de la diferencia entre el potencial de reducción del sustrato y de la última molécula que se reduce permitiendo la oxidación de las otras.

En el anabolismo, las reacciones de reducción necesitan los electrones de NADH y FADH2 sintetizados en el catabolismo.

El balance energético permite medir la cantidad de energía liberada o utilizada en un proceso metabólico, según la cantidad de energía en forma de enlaces ricos en energía (ATP) que se obtiene. Si la ruta es anabólica, el balance será negativo, y si es anabólica, positivo.

 

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