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2.2 Estructura del ATP: inestabilidad y formación de híbridos de resonancia

Las células requieren un continuo suministro de energía. Esta es necesaria para la síntesis de moléculas complejas, la ejecución de trabajo mecánico y el transporte de sustancias a través de sus membranas. La energía es transferida desde las reacciones químicas que la acumulan a las que las consumen, mediante una molécula especial, el ATP. El término ATP es el acrónimo de adenosina trifosfato, con la F de fosfato reemplazada por la P del símbolo químico del fósforo (los intentos de traducir el ATP al castellano llamándolo ATF fracasaron). En las células, la energía que recibe o cede el ATP es la contenida en el enlace entre su último fosfato y el resto de la molécula. El enlace se forma durante la síntesis de ATP: incorporan así energía, la que se cede cuando el enlace se escinde.

Fig. A

La estructura en anillo formada por carbonos (C) y oxígeno (O) es la ribosa.
La estructura formada por dos anillos que contienen carbono y nitrógeno (N) es la adenina.
Ambos constituyen la adenosina.
Los tres fosfatos (P) forman una cadena que se une a un carbono de la ribosa para constituir la adenosina trifosfato.
Los fosfatos se muestran con cargas eléctricas negativas porque en las condiciones fisiológicas pierden protones. La unión (-O-) entre los dos fosfatos más alejados de la adenosina es la que se forma o se rompe para acumular o ceder, respectivamente, energía.

Fig. B.
La energía de la luz o de la oxidación de sustancias provenientes de los alimentos se transfiere, mediante una cadena transportadora de electrones, a una diferencia de concentración de H⁺.
Esta, a su vez, provee la energía necesaria para sintetizar ATP mediante la incorporación de una molécula de fosfato inorgánico (PI) al ADP (Adenosina difosfato).
La escisión del ATP provee energía a todas las actividades celulares que la requieren.

El trifosfato de adenina se encuentra en todas las células vivas: animales, vegetales y microbianas. Está presente en concentraciones comprendidas entre 0'001 y 0'01 moles/litro de agua celular.

Estructura del ATP

El ATP es un nucleótido trifosfato que se compone de adenosina (adenina y ribosa, como β-D-ribofuranosa) y tres grupos fosfato. Su fórmula molecular es C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃. La estructura de la molécula consiste en una base purina (adenina) enlazada al átomo de carbono 1' de un azúcar pentosa. Los tres grupos fosfato se enlazan al átomo de carbono 5' de la pentosa. Los grupos fosforilo, comenzando con el grupo más cercano a la ribosa, se conocen como fosfatos alfa (α), beta (β) y gamma (γ).

Inestable

El ATP es inestable por lo que fácilmente reacciona produciendo ADP + P- y liberando energía.

Una razón de la inestabilidad de los enlaces fosfóricos anhidros es la repulsión entre los oxígenos (carga -), y se equilibra parcialmente al removerse un fosfato, por lo que esta reacción es altamente exergónica.

Estabilización por resonancia

El ADP y especialmente el Pi tienen mayor estabilización por resonancia que el ATP. El ortofosfato presenta varias formas resonantes con energía similar, en tanto que el grupo y-fosforilo del ATP presenta un número menor. Estructuras tales como la de resonancia improbable son desfavorables, ya que un átomo de oxigeno cargado positivamente se encuentra adyacente a un átomo de fosforo con carga positiva, una yuxtaposición electrostáticamente desfavorable.