ATP y Metabolismo Celular: Energía, Portadores y Control de Reacciones

La formación de los enlaces que unen los dos últimos grupos fosfato de ATP al resto de la molécula (en ocasiones llamados enlaces de alta energía) requiere una gran cantidad de energía, así que es posible captar mucha energía de reacciones exergónicas sintetizando moléculas de ATP. Además, el ATP es inestable; libera con facilidad su energía en presencia de las enzimas adecuadas. En casi todas las circunstancias, sólo el enlace que une al último grupo fosfato (el que une fosfato a ADP para formar ATP) lleva energía de reacciones exergónicas a endergónicas.

El tiempo de vida de una molécula de ATP en una célula viviente es muy corto, porque este portador de energía continuamente se forma, se descompone en ADP y fosfato, y se vuelve a sintetizar. Es evidente que el ATP no es una molécula para almacenar energía a largo plazo. Moléculas más estables, como glucógeno o grasa, almacenan energía durante horas, días o (en el caso de la grasa) incluso años.

También existen portadores de electrones como el dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD⁺) y su pariente el dinucleótido de flavina y adenina (FAD). En algunas reacciones exergónicas, como el metabolismo de la glucosa y la etapa de captación de luz de la fotosíntesis, parte de la energía se transfiere a electrones. Estos electrones energéticos son captados por portadores de electrones. Luego los portadores de electrones cargados donan los electrones, junto con su energía, a otras moléculas.

¿Cómo Controlan las Células sus Reacciones Metabólicas?

Las células son fábricas químicas en miniatura increíblemente complejas. El metabolismo de una célula es el total de sus reacciones químicas. Muchas de estas reacciones se encadenan en sucesiones llamadas vías metabólicas. En éstas se sintetizan y se descomponen las moléculas. La fotosíntesis es una de esas vías que resulta en la síntesis de moléculas de alta energía, incluyendo la glucosa. La vía metabólica de la glucólisis inicia la digestión de la glucosa. Diferentes vías metabólicas podrían utilizar las mismas moléculas; por ello, todas las reacciones metabólicas de una célula están interconectadas directa o indirectamente. Las reacciones químicas en las células se rigen por las mismas leyes de la termodinámica que controlan otras reacciones. ¿Cómo surgen entonces las vías metabólicas ordenadas? La bioquímica de las células está bien afinada en tres sentidos:

1. Las células acoplan reacciones impulsando reacciones endergónicas que requieren energía con la energía liberada por reacciones exergónicas.
2. Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que captan energía de reacciones exergónicas y la transportan a reacciones endergónicas.
3. Las células regulan las reacciones químicas utilizando proteínas llamadas enzimas, las cuales son catalizadores biológicos que ayudan a reducir la energía de activación.