Formacion de ATP

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 (Fig. A). 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. B).
Fig.A.Esquema de una molécula de ATP.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 denosina.Los tres fosfatos (P) forman una cadena que se une a un carbono de la ribosa para constituir la denosina trifosfato.Los fosfatos se muestran con cargas eléctricas negativaas 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.
No parece desatinado preguntarse si las necesidades de ATP de las células podrían ser cubiertas suministrándolo desde el exterior (por ejemplo, por ingestión o inyección).
La respuesta es que el procedimiento sería extremadamente costoso.
En reposo, un ser humano adulto consume diariamente 40 kg de ATP; durante el ejercicio intenso el gasto puede llegar a medio kilogramo por minuto. El ATP purificado tiene un costo de 20 dólares por gramo. Por lo tanto, mantener a un adulto en reposo por suministro exógeno de ATP costaría 800.000 dólares por día; a esta cifra habría que sumarle 10.000 dólares por minuto de actividad física intensa.

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 problema, sin embargo, es sólo un ejercicio de imaginación. El ATP aportado desde el exterior no puede ser utilizado porque es incapaz de atravesar la membrana que rodea a las células. La impermeabilidad de la membrana celular es una adaptación evolutiva fácilmente comprensible. Si no impidiera el pasaje del ATP, las células perderían inútilmente, hacia el medio externo, su principal fuente de energía.
Las células contienen alrededor de un gramo de ATP por kilogramo, cantidad que sólo alcanza para una milésima parte del consumo diario. En consecuencia, para abastecer sus necesidades las células deben producir ATP continuamente. Los dos procesos más importantes que dan lugar a la formación del ATP son la fotosíntesis y la respiración celular. Ambos están asociados con el flujo de electrones a través de una cadena transportadora localizada en una membrana (la tilacoide de los cloroplastos en la fotosíntesis y la membrana interna de otra organela, la mitocondria, en la respiración). En la fotosíntesis los electrones fluyen desde el fotosistema II al fotosistema I, impulsados por la energía radiante que captan los fotosistemas. En la respiración, la energía proviene de la oxidación de sustancias derivadas de los alimentos y la concomitante reducción del oxígeno con formación de agua. La síntesis de ATP cesa si se perturba la integridad de las membranas donde transcurre el flujo de electrones.
El mecanismo mediante el cual la energía transferida a la cadena transportadora de electrones es utilizada para sintetizar ATP fue un misterio que desafió al ingenio de muchos inve-tigadores, que dedicaron sus mejores esfuerzos a buscar sin éxito un intermediario químico que mediara el proceso. La solución fue proporcionada por el bioquímico británico Peter Mitchell. En el año 1961, éste publicó en la revista Nature (v. 191:144) una, para entonces, sorprendente teoíia. Segun Mitchell, el intermediario químico eludía la persecución de los investigadores porque no existía, ya que el transporte de electrones, en vez de generar un intermediario, inducia un "bombeo" de protones que generaba una diferencia de concentración de protones (H+) y de potencial eléctrico a ambos lados de la membrana que contenía la cadena transportadora de electrones. La energía acumulada en estas diferencias era la que utilizaba la ATP sintetasa para formar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. La teoria de Mitchell explicaba no solo por qué no se habéa encontrado el intermediario químico sino, también, por qué la formación de ATP requería la integridad de la membrana que aloja la cadena transportadora de electrones. Inicialmente fue rechazada por muchos grupos de investigación. A medida que pasó el tiempo, se acumularon evidencias a su favor, como la demostración de que diferencias de concentración de H+ a ambos lados de las membranas de cloroplastos y mitocondrias podían ser utilizadas directamente para sintetizar ATP; también que las ATP sintetasas de ambas membranas eran muy similares. La visión de Mitchell, que finalmente demostró ser la correcta y le valió el premio Nobel en Química en 1977, abrió un nuevo campo en el estudio de los mecanismos que los seres vivos utilizan para acumular energía, pues señaló que uno de el los es la conversión reversible de energía acumulada, en uniones químicas, en diferencias de concentración y de potencial eléctrico a ambos lados de una membrana.