ATP (trifosfato de adenosina): estrutura, funções, hidrólise

O ATP (adenosina trifosfato) é uma molécula orgânica com títulos elevados de energia formado por um anel de adenina, ribose e três grupos fosfato. Ele tem um papel fundamental no metabolismo, pois carrega a energia necessária para manter uma série de processos celulares funcionando eficientemente.

É amplamente conhecido pelo termo “moeda energética”, pois sua formação e uso ocorrem com facilidade, permitindo “pagar” rapidamente reações químicas que requerem energia.

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Fonte: Por usuário: Mysid (Auto-criado em bkchem; editado em perl.) [Domínio público], via Wikimedia Commons

Embora a molécula a olho nu seja pequena e simples, ela armazena uma quantidade significativa de energia em suas ligações. Os grupos fosfato têm cargas negativas, que estão em constante repulsão, tornando-se uma ligação lábil e facilmente quebrável.

A hidrólise do ATP é a decomposição da molécula pela presença de água. Através deste processo, a energia contida é liberada.

Existem duas fontes principais de ATP: fosforilação no nível do substrato e fosforilação oxidativa, sendo a última a mais importante e a mais utilizada pela célula.

A fosforilação oxidativa acopla a oxidação de FADH 2 e NADH + H + nas mitocôndrias e a fosforilação no nível do substrato ocorre fora da cadeia de transporte de elétrons, em rotas como glicólise e ciclo do ácido tricarboxílico.

Essa molécula é responsável por fornecer a energia necessária para que a maioria dos processos que ocorrem dentro da célula, da síntese de proteínas à locomoção, ocorra. Além disso, permite o tráfego de moléculas através das membranas e atua na sinalização celular.

Estrutura

ATP, como o nome indica, é um nucleotídeo com três fosfatos. Sua estrutura particular, especificamente as duas ligações de pirofosfato, o torna um composto rico em energia. É composto pelos seguintes elementos:

– Uma base nitrogenada, adenina. Bases nitrogenadas são compostos cíclicos que contêm um ou mais nitrogênio em sua estrutura. Também os encontramos como componentes em ácidos nucléicos, DNA e RNA .

– A ribose está localizada no centro da molécula. É um açúcar do tipo pentose, pois possui cinco átomos de carbono. Sua fórmula química é C 5 H 10 O 5 . O carbono 1 da ribose é anexado ao anel de adenina.

– Três radicais fosfato. Os dois últimos são os “elos de alta energia” e são representados nas estruturas gráficas com o símbolo da virgulila: ~. O grupo fosfato é um dos mais importantes em sistemas biológicos. Os três grupos se denominam alfa, beta e gama, do mais próximo ao mais distante.

Esse vínculo é muito instável, portanto se divide rapidamente, fácil e espontaneamente quando as condições fisiológicas do corpo o merecem. Isso ocorre porque as cargas negativas dos três grupos fosfato tentam se afastar um do outro constantemente.

Funções

O ATP desempenha um papel indispensável no metabolismo energético de praticamente todos os organismos vivos . Por esse motivo, costuma ser chamado de moeda de energia, pois pode ser gasto e reabastecido continuamente em apenas alguns minutos.

Direto ou indireto, o ATP fornece energia para centenas de processos, além de atuar como doador de fosfato.

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Em geral, o ATP atua como uma molécula sinalizadora nos processos que ocorrem dentro da célula, é necessário sintetizar os componentes do DNA e do RNA e, para a síntese de outras biomoléculas , participa do tráfego através da célula. as membranas, entre outras.

Os usos do ATP podem ser divididos em categorias principais: transporte de moléculas através de membranas biológicas, síntese de vários compostos e, finalmente, trabalho mecânico.

As funções do ATP são muito amplas. Além disso, ela está envolvida em tantas reações que seria impossível nomear todas elas. Portanto, discutiremos três exemplos específicos para exemplificar cada um dos três usos mencionados.

Fornecimento de energia para o transporte de sódio e potássio através da membrana

A célula é um ambiente extremamente dinâmico que requer manutenção de concentrações específicas. A maioria das moléculas não entra na célula aleatoriamente ou casualmente. Para uma molécula ou substância entrar, deve fazê-lo pelo seu transportador específico.

Transportadores são proteínas que atravessam a membrana e funcionam como “carregadores” celulares, controlando o fluxo de materiais. Portanto, a membrana é semipermeável: permite a entrada de certos compostos e outros não.

Um dos transportes mais conhecidos é a bomba de sódio-potássio . Esse mecanismo é classificado como um transporte ativo , uma vez que o movimento dos íons ocorre contra suas concentrações e a única maneira de executar esse movimento é introduzindo energia no sistema, na forma de ATP.

Estima-se que um terço do ATP formado na célula seja usado para manter a bomba ativa. Os íons de sódio são bombeados constantemente para a célula externa, enquanto os íons de potássio são revertidos.

Logicamente, o uso de ATP não se restringe ao transporte de sódio e potássio. Existem outros íons, como cálcio, magnésio, entre outros, que precisam dessa moeda energética para entrar.

Participação na síntese de proteínas

As moléculas de proteína são formadas por aminoácidos, ligados entre si por ligações peptídicas. Para formar, é necessária a quebra de quatro ligações de alta energia. Por outras palavras, um número considerável de moléculas de ATP deve ser hidrolisado para a formação de uma proteína de comprimento médio.

A síntese de proteínas ocorre em estruturas chamadas ribossomos . Eles são capazes de interpretar o código que o RNA mensageiro possui e traduzi-lo em uma sequência de aminoácidos, um processo dependente de ATP.

Nas células mais ativas, a síntese de proteínas pode direcionar até 75% do ATP sintetizado neste importante trabalho.

Por outro lado, a célula não apenas sintetiza proteínas, como também precisa de lipídios, colesterol e outras substâncias essenciais e, para isso, requer a energia contida nas ligações ATP.

Fornecer energia para locomoção

O trabalho mecânico é uma das funções mais importantes do ATP. Por exemplo, para que nosso corpo possa executar a contração das fibras musculares, é necessária a disponibilidade de grandes quantidades de energia.

No músculo, a energia química pode ser transformada em energia mecânica, graças à reorganização das proteínas com capacidade de contração que a forma. O comprimento dessas estruturas é modificado, diminuindo, o que cria uma tensão que resulta na geração de movimento.

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Em outros organismos, o movimento celular também ocorre graças à presença de ATP. Por exemplo, o movimento dos cílios e flagelos que permite o movimento de certos organismos unicelulares ocorre através do uso de ATP.

Outro movimento particular é a amebiana que envolve a protrusão de um pseudópode nas extremidades da célula. Vários tipos de células usam esse mecanismo de locomoção, incluindo leucócitos e fibroblastos.

No caso das células germinativas, a locomoção é indispensável para o desenvolvimento efetivo do embrião. As células embrionárias movem distâncias importantes do local de origem para a região onde devem originar estruturas específicas.

Hidrólise

A hidrólise do ATP é uma reação que envolve a decomposição da molécula devido à presença de água. A reação é representada da seguinte forma:

ATP + Água ⇋ ADP + P i + energia. Em que o termo P i refere-se o grupo de fosfato inorgânico e ADP é adenosina difosfato. Note que a reação é reversível.

A hidrólise do ATP é um fenômeno que envolve a liberação de uma imensa quantidade de energia. A ruptura de qualquer uma das ligações de pirofosfato se traduz na liberação de 7 kcal por mole – especificamente 7,3 de ATP para ADP e 8,2 para a produção de adenosina monofosfato (AMP) a partir de ATP. Isso equivale a 12.000 calorias por mole de ATP.

Por que essa liberação de energia ocorre?

Como os produtos de hidrólise são muito mais estáveis ​​que o composto inicial, isto é, o ATP.

É necessário mencionar que apenas a hidrólise que ocorre nas ligações de pirofosfato para levar à formação de ADP ou AMP leva a uma geração de energia em quantidades significativas.

A hidrólise das outras ligações da molécula não fornece tanta energia, exceto a hidrólise do pirofosfato inorgânico, que possui uma grande quantidade de energia.

A liberação de energia dessas reações é usada para realizar reações metabólicas no interior da célula, uma vez que muitos desses processos precisam de energia para funcionar, tanto nos passos iniciais das vias de degradação quanto na biossíntese de compostos. .

Por exemplo, no metabolismo da glicose, as etapas iniciais envolvem a fosforilação da molécula. Nas etapas a seguir, novo ATP é gerado, para obter um ganho líquido positivo.

Do ponto de vista energético, existem outras moléculas cuja energia de liberação é maior que a do ATP, incluindo 1,3-bifosfoglicerato, carbamil fosfato, creatinina fosfato e fosfoenolpiruvato.

Obtendo ATP

O ATP pode ser obtido de duas maneiras: fosforilação oxidativa e fosforilação em nível de substrato. O primeiro requer oxigênio, enquanto o segundo não precisa. Aproximadamente 95% do ATP formado ocorre nas mitocôndrias.

Fosforilação oxidativa

A fosforilação oxidativa envolve um processo de oxidação de nutrientes em duas fases: obtenção de coenzimas reduzidas NADH e FADH 2 derivadas de vitaminas.

A redução dessas moléculas requer o uso de hidrogênio a partir de nutrientes. Nas gorduras, a produção de coenzimas é notável, graças à enorme quantidade de hidrogênio que eles têm em sua estrutura, em comparação com peptídeos ou carboidratos.

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Embora existam várias vias de produção de coenzima, a rota mais importante é o ciclo de Krebs. Posteriormente, as coenzimas reduzidas são concentradas nas cadeias respiratórias localizadas nas mitocôndrias, que transferem os elétrons para o oxigênio.

A cadeia de transporte de elétrons é formada por uma série de proteínas acopladas à membrana, que bombeiam prótons (H +) para fora (veja a imagem). Esses prótons entram na membrana novamente através de outra proteína, a ATP sintase, responsável pela síntese do ATP.

Em outras palavras, temos que reduzir as coenzimas, mais ADP e oxigênio geram água e ATP.

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Fonte: Por Bustamante Yess [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons

Fosforilação ao nível do substrato

A fosforilação no nível do substrato não é tão importante quanto o mecanismo descrito acima e, como não requer moléculas de oxigênio, geralmente está associado à fermentação . Essa rota, apesar de muito rápida, consome pouca energia; se a compararmos com o processo de oxidação, seria cerca de quinze vezes menor.

No nosso corpo, os processos fermentativos ocorrem no nível muscular. Esse tecido pode funcionar sem oxigênio, portanto, é possível que uma molécula de glicose seja degradada em ácido lático (quando estamos realizando alguma atividade esportiva exaustiva, por exemplo).

Nas fermentações, o produto final ainda possui potencial energético que pode ser extraído. No caso da fermentação no músculo, os carbonos no ácido lático estão no mesmo nível de redução que os da molécula inicial: glicose.

Assim, a produção de energia ocorre através da formação de moléculas que possuem ligações de alta energia, incluindo 1,3-bifosfoglirato e fosfoenolpiruvato.

Na glicólise, por exemplo, a hidrólise desses compostos está ligada à produção de moléculas de ATP, daí o termo “no nível do substrato”.

Ciclo ATP

O ATP nunca é armazenado. Está em um ciclo contínuo de uso e síntese. Isso cria um equilíbrio entre o ATP formado e seu produto hidrolisado, o ADP.

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Fonte: Por Muessig [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Outras moléculas de energia

O ATP não é a única molécula composta por bifosfato de nucleosídeo que existe no metabolismo celular. Existem várias moléculas com estruturas semelhantes ao ATP que possuem um comportamento energético comparável, embora não sejam tão populares quanto o ATP.

O exemplo mais proeminente é o GTP, trifosfato de guanosina, usado no conhecido ciclo de Krebs e na via gliconeogênica. Outros menos utilizados são CTP, TTP e UTP.

Referências

  1. Guyton, AC; e Hall, JE (2000). Livro didático de fisiologia humana.
  2. Hall, JE (2017). Guyton E Hall Tratado de Fisiologia Médica . Elsevier Brasil.
  3. Hernandez, AGD (2010). Tratado de Nutrição: Composição e Qualidade Nutricional dos Alimentos. Pan-American Medical Ed.
  4. Lim, MY (2010). O essencial no metabolismo e nutrição . Elsevier
  5. Pratt, CW e Kathleen, C. (2012). Bioquímica . Editorial O Manual Moderno.
  6. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2007). Fundamentos de Bioquímica. Publicação Médica Pan-Americana.

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